有机/无机杂化钙钛矿光伏性能的理论研究

发布时间：2021-11-24 21:51

　　钙钛矿太阳能电池因为低成本、良好的稳定性、简易的制备过程可以和传统的硅基太阳能电池竞争,这将成为发展高效太阳能电池的一个新方向。有机/无机杂化钙钛矿（如CH3NH3PbI3,CH3NH3PbI3-xClx等）因具有光捕获和载流子传输的优良性能作为太阳能电池的吸光材料。目前,杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE）已经迅速从2009年3.8%增加到2018年23.3%。尽管性能得到迅速增加,但一些疑惑的实验现象如巨介电常数（GDC）、反常电滞回线等仍未见有理论研究。研究表明,在室温条件下CH3NH3PbI3没有典型的晶体结构,主要归结为CH3NH3+几何排列目前尚未有报道。而使用周期性边界条件（PBC）的密度泛函理论（DFT）来计算室温下无序CH3NH3+是不合理的。鉴于此,本文通过对CH3NH3+在CH3NH3Pbl3中的特性进行系统理论研究,对杂化钙钛矿的GDC和反常电滞回线给出了科学的理论解释。数值模拟优化计算了太阳能电池结构中杂化钙钛矿材料、传输材料和器件结构对电池性能的影响。本论文创新点如下:1.基于CH3NH3PbI3材料介电常数的实验测量结果,通过理论分析提出了室温时C... 

【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：105 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?（ａ）立方钙钛矿晶体结构［１］

在母液中当温度降到３６０Ｋ以下在液体界面转变成Ｓ－相ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＩ３；另一种是??在干燥环境中当温度降到２００Ｋ以下时转变为（５－相，随着温度降低到１３０Ｋ以下时??转变为ｙ－相，单晶ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＩ３随温度的相变如图１．２所示。在ｐ－相时，??ＨＣ（ＮＨ２）２ＰｂＩ３仍旧是三角相，然而空间群从ａ－相的Ｐ３ｍｌ降低到了?Ｐ３，在１５０?Ｋ??时测得晶体参数：ａ?＝?ｂ＝１７．７９１４（８）Ａ，ｃ＝?１０．９０１６（６）Ａ，ａ?＝?ｐ?＝?９０．００°，?ｙ＝１２０°。??在高于３２７．４?Ｋ时，Ｐｏｇｌｉｔｓｃｈ等人发现ａ－相ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３晶体材料在毫米波频率??测量复介电常数随频率和温度变化的规律，测量结果揭示了?ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３中有机阳??离子ＣＨ３ＮＨ３＋具有皮秒弛豫过程，这说明ＣＨ３ＮＨ３＋位置是不固定的，并且是动力??学无序的，而Ｐｂｌ６八面体是绕ｃ轴轻微扭曲的［４］，晶体结构近似为立方相。随着温??度降低到１６２．２?Ｋ和３２７．４?Ｋ温度区间，Ｐ－相ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３是四方晶体相，无机框??架的扭曲度增加

晶体面中心光致发光的中心峰值是８００ｎｍ，边缘光致发光的中心峰值是７７０ｎｍ，??当从晶体中心移动到晶体边缘时光致发光发生蓝移，并且光致发光衰减加速，如图??１．４所示Ｍ。图１．５?（ａ）显示在真空条件下整个ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３晶体表面包括边缘的??光致发光谱都是十分宽的。随着增加暴露湿度蓝色分量成为主要，这导致在７７０ｎｍ??处一个尖锐峰（ＦＷＨＭ？２２ｎｍ），如图１．?５?（ａ）?－?（ｃ））所示；并且光致发光的??衰减动力学时间缩短，如图１．５?（ｄ）和（ｅ）所示。光致发光谱是在改变测试室中??空气几分钟范围内进行测量的，这说明了光谱随周围环境的变化是十分迅速的，这??样的特性说明了在室温条件下晶体表面重构是由格点扭曲诱导的，这样的结果是??十分有意义的。暴露到湿度环境中导致测量晶体边缘的微－拉曼谱在晶体表面局域??扭曲，尤其在１０９ｃｍ１处峰值位移到更低能量，并且观察到的强度增强意味着无机??框架局域扭曲的证据，并且伴随着在２５０?ｃｍ－１处阳离子ＣＨ３ＮＨ３＋模式红移，如图??１．５?（ｆ）所示。概括来说


本文编号：3516816