新型多孔芳香骨架材料的合成及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
发布时间：2021-12-11 03:46
随着环境污染的日益加剧以及接近枯竭的传统能源问题,越来越多的人们将目光聚焦在新型可再生能源上。太阳能由于不受地域限制并且能量来源取之不尽用之不竭,因此太阳能电池备受青睐。钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cell,PSC）在短短的几年内迅速崛起,已经成为最具潜力的光伏电池之一。空穴传输材料（Hole Transfer Material,HTM）是PSC的重要组成部分。传统常用且高效的HTM为Spiro-OMeTAD（正型PSC）和PEDOT:PSS（反型PSC）,但它们存在价格昂贵、稳定性很差和易腐蚀衬底材料等缺点,限制了PSC的使用寿命和商品化进程。开发高稳定性的HTM材料将推动PSC的发展。多孔芳香骨架材料（Porous Armatic Framework,PAF）具有多孔性和高比表面积、材料种类丰富多元、分子结构和性质可设计和调节、以及优异的热和化学稳定性等优点,被广泛应用在气体分离和存储、催化、光电化学及能源等领域。本论文将低成本、高稳定性、制备工艺简单的多孔芳香骨架材料作为HTM引入到钙钛矿太阳能电池中,有效的解决了PSC工业化过程中遇到的高成本和低稳定性等...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
美国国家可再生能源实验室（NREL）总结的各类太阳能电池效率的发展历程
图 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理。 钙钛矿太阳能电池简介.1 钙钛矿太阳能电池的发展历程钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cell，PSC）是基于染料敏化太阳展起来的，它使用有机金属卤化物钙钛矿作为吸光层，如图 1.3 所示的晶体结构图。钙钛矿的分子式为 AMX3，其中 A 为 CH3NH3+；M 为 P Iˉ或 Brˉ或 Clˉ。与传统的染料相比，钙钛矿具有吸光系数高、吸收光、载流子迁移率高和扩散长度长等优点。同时，使用固态的空穴传输了传统的液态电解质，规避了染料敏化太阳能电池封装的技术难题。因矿太阳能电池一度成为最有潜力的新型太阳能电池，在短短几年的时间转换效率就从 3.8%提升至 20%以上，发展之迅速是众多薄膜太阳能电莫及的。
图 1.3 钙钛矿的晶体结构。2009 年，Miyasaka 等人首次将钙钛矿 CH3NH3PbX3作为光敏剂应用于染料敏化太阳能电池中，得到 3.8%[3]的光电转换效率，这也是钙钛矿作为光敏剂第一次走进人们的视野。2011 年，Park 等人制备了基于 CH3NH3PbI3的量子点敏化太阳能电池，得到了 6.54%的光电转换效率[4]，该研究证实了钙钛矿是比传统的 N719 染料更好光敏剂，但由于其使用了液态电解质导致器件稳定性较差。2012 年，Gr tzel 等人将 spiro-OMeTAD 作为空穴传输层制备了全固态的钙钛矿太阳能电池，经过对器件的优化后，光电转换效率达到 9.7%[5]，图 1.4 所示为该电池的结构，该研究成果吸引了大量研究者的目光。同年 Snaith 等人使用CH3NH3PbIxCl3-x作为吸光层，spiro-OMeTAD 作为空穴传输层，并且使用惰性多孔 Al2O3代替电子传输层介孔 TiO2，得到了 10.9%的光电转换效率[6]。该研究表明钙钛矿即可作为吸光层又兼具有电子传输的能力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究[J]. 李艳强,贲腾,裘式纶. 化学学报. 2015(06)
本文编号：3533954
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：133 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
美国国家可再生能源实验室（NREL）总结的各类太阳能电池效率的发展历程
图 1.2 染料敏化太阳能电池的结构及工作原理。 钙钛矿太阳能电池简介.1 钙钛矿太阳能电池的发展历程钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cell，PSC）是基于染料敏化太阳展起来的，它使用有机金属卤化物钙钛矿作为吸光层，如图 1.3 所示的晶体结构图。钙钛矿的分子式为 AMX3，其中 A 为 CH3NH3+；M 为 P Iˉ或 Brˉ或 Clˉ。与传统的染料相比，钙钛矿具有吸光系数高、吸收光、载流子迁移率高和扩散长度长等优点。同时，使用固态的空穴传输了传统的液态电解质，规避了染料敏化太阳能电池封装的技术难题。因矿太阳能电池一度成为最有潜力的新型太阳能电池，在短短几年的时间转换效率就从 3.8%提升至 20%以上，发展之迅速是众多薄膜太阳能电莫及的。
图 1.3 钙钛矿的晶体结构。2009 年，Miyasaka 等人首次将钙钛矿 CH3NH3PbX3作为光敏剂应用于染料敏化太阳能电池中，得到 3.8%[3]的光电转换效率，这也是钙钛矿作为光敏剂第一次走进人们的视野。2011 年，Park 等人制备了基于 CH3NH3PbI3的量子点敏化太阳能电池，得到了 6.54%的光电转换效率[4]，该研究证实了钙钛矿是比传统的 N719 染料更好光敏剂，但由于其使用了液态电解质导致器件稳定性较差。2012 年，Gr tzel 等人将 spiro-OMeTAD 作为空穴传输层制备了全固态的钙钛矿太阳能电池，经过对器件的优化后，光电转换效率达到 9.7%[5]，图 1.4 所示为该电池的结构，该研究成果吸引了大量研究者的目光。同年 Snaith 等人使用CH3NH3PbIxCl3-x作为吸光层，spiro-OMeTAD 作为空穴传输层，并且使用惰性多孔 Al2O3代替电子传输层介孔 TiO2，得到了 10.9%的光电转换效率[6]。该研究表明钙钛矿即可作为吸光层又兼具有电子传输的能力。
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳化多孔有机骨架制备氮掺杂多孔碳及其气体吸附研究[J]. 李艳强,贲腾,裘式纶. 化学学报. 2015(06)
本文编号：3533954
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