钙钛矿太阳能电池电子传输层掺杂改性研究
发布时间：2021-10-24 02:16
钙钛矿太阳能电池作为目前比较常用的一种染料敏化太阳能电池,利用具有优异光吸收能力的钙钛矿材料作为光吸收剂,与电子传输层和空穴传输层等材料共同完成光生伏特效应并产生电流。电子传输层和空穴传输层分别起到收集钙钛矿材料受光照热激发所产生的电子和空穴的作用。目前比较常用的电子传输层材料为锐钛型二氧化钛TiO2,但是TiO2存在着许多问题,比如禁带宽度大、可见光透射率低、电子迁移率低等,致使其在钙钛矿太阳能电池上的应用受到了很大的限制,所以许多学者开始用掺杂或者复合的方法来对TiO2进行改性,从而获得更好的光电性质,同时在能级层面上实现与其他材料的匹配优化。本文通过使用第一性原理的密度泛函理论来研究本征TiO2以及不同掺杂浓度的Nb和Ta单掺TiO2的结合能、缺陷形成能、光电特性和差分电荷密度等性质。首先计算分析了结合能和缺陷形成能,发现两种掺杂类型均可稳定存在,证实了研究的可行性,且Nb掺杂缺陷更容易形成。电子结构分析表明不同浓度的Nb和Ta单掺TiO2的禁带宽度...
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿太阳能电池结构示意图
形成电流[3]。研究人员借助紫外光电子能谱 UPS 和紫外可见光的禁带宽度为 1.5 eV，当能量大于钙钛矿禁带宽度的太阳光照由于热激发效应会使得价带（VB）上填充的电子获得能量从而，并在价带上留下同等数量的空穴，这样一来电子和空穴会分，电子会进入电子传输层和导电玻璃，空穴会进入空穴传输层，电子和空穴在经过各层时会遇到很多界面，比如电子会遇到面、电子传输层/负电极界面，而空穴会遇到钙钛矿层/空穴传输电极界面。电子和空穴能否在这些界面处顺利通过，很大程度是否匹配。界面能级的匹配直接影响着载流子的采集效率，从电转换效率。因此可以说界面处的能级匹配是器件除了材料本关键。一般来说，在太阳能电池器件中相接触的材料能级差之间，这样比较有利于电子和空穴的迁移和传输。
江苏大学硕士学位论文示。Kojima 等人[4]在 2009 年发明了世界上第一块介观结构的钙钛矿太图 1.3a 所示，这种结构是由介孔 TiO2电极材料、钙钛矿层、液态电解液成，虽然获得了接近 3.8%的转换效率，然而这种电池的稳定性很不好。液的成分以及钙钛矿材料制备工艺的不断改良，在 2011 年介孔结构钙钛的效率达到了 6.5%，但是结构稳定性却还是止步不前。刚开始研究者通iO2薄膜的厚度来调控介孔结构的钙钛矿太阳能电池的效率，后来通过研以及载流子扩散长度，发现了 300 nm 左右的钙钛矿层就能够吸收充足0 nm 厚度的 TiO2介孔层能够消除太阳能电池装置的 J-V 迟滞现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿太阳能电池近期进展[J]. 柴磊,钟敏. 物理学报. 2016(23)
[2]钙钛矿太阳能电池技术发展历史与现状[J]. 赵雨,李惠,关雷雷,吴嘉达,许宁. 材料导报. 2015(11)
[3]钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展[J]. 丁雄傑,倪露,马圣博,马英壮,肖立新,陈志坚. 物理学报. 2015(03)
[4]Nb高掺杂量对锐钛矿TiO2导电和光学性能影响[J]. 侯清玉,吕致远,赵春旺. 物理学报. 2015(01)
[5](Nb,N)共掺杂锐钛矿电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 程亮,甘章华,刘威,赵兴中. 物理学报. 2012(23)
本文编号：3454376
【文章来源】：江苏大学江苏省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿太阳能电池结构示意图
形成电流[3]。研究人员借助紫外光电子能谱 UPS 和紫外可见光的禁带宽度为 1.5 eV，当能量大于钙钛矿禁带宽度的太阳光照由于热激发效应会使得价带（VB）上填充的电子获得能量从而，并在价带上留下同等数量的空穴，这样一来电子和空穴会分，电子会进入电子传输层和导电玻璃，空穴会进入空穴传输层，电子和空穴在经过各层时会遇到很多界面，比如电子会遇到面、电子传输层/负电极界面，而空穴会遇到钙钛矿层/空穴传输电极界面。电子和空穴能否在这些界面处顺利通过，很大程度是否匹配。界面能级的匹配直接影响着载流子的采集效率，从电转换效率。因此可以说界面处的能级匹配是器件除了材料本关键。一般来说，在太阳能电池器件中相接触的材料能级差之间，这样比较有利于电子和空穴的迁移和传输。
江苏大学硕士学位论文示。Kojima 等人[4]在 2009 年发明了世界上第一块介观结构的钙钛矿太图 1.3a 所示，这种结构是由介孔 TiO2电极材料、钙钛矿层、液态电解液成，虽然获得了接近 3.8%的转换效率，然而这种电池的稳定性很不好。液的成分以及钙钛矿材料制备工艺的不断改良，在 2011 年介孔结构钙钛的效率达到了 6.5%，但是结构稳定性却还是止步不前。刚开始研究者通iO2薄膜的厚度来调控介孔结构的钙钛矿太阳能电池的效率，后来通过研以及载流子扩散长度，发现了 300 nm 左右的钙钛矿层就能够吸收充足0 nm 厚度的 TiO2介孔层能够消除太阳能电池装置的 J-V 迟滞现象。
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿太阳能电池近期进展[J]. 柴磊,钟敏. 物理学报. 2016(23)
[2]钙钛矿太阳能电池技术发展历史与现状[J]. 赵雨,李惠,关雷雷,吴嘉达,许宁. 材料导报. 2015(11)
[3]钙钛矿太阳能电池中电子传输材料的研究进展[J]. 丁雄傑,倪露,马圣博,马英壮,肖立新,陈志坚. 物理学报. 2015(03)
[4]Nb高掺杂量对锐钛矿TiO2导电和光学性能影响[J]. 侯清玉,吕致远,赵春旺. 物理学报. 2015(01)
[5](Nb,N)共掺杂锐钛矿电子结构和光学性质的第一性原理研究[J]. 程亮,甘章华,刘威,赵兴中. 物理学报. 2012(23)
本文编号：3454376
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