空气中制备大面积有机无机杂化钙钛矿薄膜及太阳能电池研究
发布时间：2021-12-22 00:49
太阳能是一种绿色、清洁、可持续的能源,太阳能市场在过去的十年里取得飞速发展。在基于太阳能资源的光伏产业中,有机-无机钙钛矿太阳能电池与其他材料的太阳能电池（如多晶硅太阳能电池）相比,其原料储备十分丰富、不需要稀土材料、成本低。另外还具有能带可调节、光吸收性能优异、载流子扩散长度长等等不俗的光电特性。作为第三代光伏产业,钙钛矿太阳能电池为下一代光伏产业的更新换代提供了十分广阔的发展和应用前景。目前通过手套箱制备的钙钛矿太阳能电池的效率已经达到25.2%,由于高效率的杂化钙钛矿太阳能电池对水氧敏感的特性,制备过程中通常都在充满惰性气体的手套箱中完成。然而手套箱中操作困难、购置手套箱的成本高、很难在手套箱中实现量产、制备流程也相当复杂。而钙钛矿太阳能电池的大面积化也是难点,目前实验室制备的钙钛矿太阳能电池器件的有效面积大部分是0.04cm2,远远达不到商业化的程度,这既是挑战也是机遇。本论文的主要研究点是围绕着在空气中制备大面积有机-无机钙钛矿太阳能电池,论文开展的工作如下:（1）在空气中,将反溶剂法（AS）工艺改良为热旋涂法（HS）,并利用反溶法和热旋涂法,获得光滑均...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
017年中国能源消费结构比例从终端消费部门所耗的能源品种图中所示，第二产业中，煤炭和电力为主要的
第一章绪论7效率[78]。另外Chiang等人通过加热来加速溶剂的挥发，在有效面积为25.2cm2的大面积器件上获得最高效率14.3%的大面积钙钛矿太阳能电池[79]。另外物理法还有吹气[80]和真空闪蒸法[81]，均能利于溶剂的挥发。化学法指的是在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂，改变其化学组成或者钙钛矿的结晶动力学，以此来获得高质量的钙钛矿薄膜。如Jiang等人在FAPbI3（CsCH3COO/IPA）溶液中引入Cs+离子，获得了14.6%的光电转换效率[82]，其有效面积为12cm2。Zhang等人把氯化乙胺（EACl）作为添加剂，加入钙钛矿前驱体溶液中，将16cm2的电池组件效率提升到11%[83]。图1-6部分大面积薄膜制备工艺。（a）软膜覆盖法（SCD）；（b）指压板法；（c）吹气法目前高效率的钙钛矿太阳能电池都是基于实验室手套箱内的小面积条件下实现的。至今鲜有对于大面积的钙钛矿太阳能电池的报道，尤其是在空气中制备更是寥寥无几。究其原因是大面积的器件受到许多因素的影响。对于大面积的钙钛矿太阳能电池，薄膜的均匀性和致密性十分重要，薄膜不能有明显的孔洞，因为蒸镀电极时，整个电极都会覆盖在薄膜表面，若是有孔洞，电极将被蒸镀到孔洞之中，使得正负电极相连，整个器件被短路。对小面积器件而言缺陷密度是影响器件性能的主要因素，但对于大面积器件，缺陷密度和缺陷的数量都会导致器件性能的大幅度下降，大面积器件不仅要求薄膜均匀致密覆盖率高，还要求薄膜的晶粒尺寸大，因为晶粒尺寸小意味着晶界的数量多，由于晶格断裂以及钙钛矿制备过程中需要退火，在这个过程中，有机阳离子基团会蒸发，所以许多深能级缺陷都存在与晶界和表面处。因此大面积钙钛矿太阳能电池的制备和性能提升十分困难。
电子科技大学硕士学位论文10第二章钙钛矿太阳能电池概论2.1钙钛矿材料钙钛矿是一种具备特定晶体结构的化合物，最初是指化学式为CaTiO3的矿石结构，后来泛指所有与CaTiO3具有相似晶体结构的材料。钙钛矿的名称来源于俄罗斯矿物学家L.A.Perovski，后来将钙钛矿的化学通式定为ABX3[50]。其中的A、B均为阳离子，X为阴离子。钙钛矿晶体的结构如图2-1所示。A阳离子通常为甲胺（CH3NH3+，MA）、甲脒（HC(NH2)2+，FA）等有机阳离子或者铯（Cs+）等无机金属阳离子；B阳离子通常为铅（Pb2+）离子、锡（Sn2+）等；X阴离子为卤素元素，如氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）。图2-1钙钛矿晶体结构图典型的钙钛矿材料通常是有6个X阴离子围绕着阳离子B构成一个正八面体，阳离子A则位于八面体的空位处。这种结构的卤素X共顶点连接，组成三维网络，将八面体之间的空隙扩充，能允许较大尺寸的离子填入，当出现了晶格的缺陷时，仍然能保持结构的稳定，这将有助于缺陷的迁移。对于不同的钙钛矿材料，其晶体结构的稳定性主要由八面体因子μ和容忍因子t决定，公式为：μ=RBRX(2-1)t=（RA+RB）√2（RB+RX）(2-2)以上公式中RA、RB、RX分别代表A、B、X的离子半径。一般的0.80≤t≤1.1，0.44≤μ≤0.90。当0.89≤t≤1.0，钙钛矿呈立方相晶体结构。当t＜0.89时，钙钛矿的对称性较差，不稳定，结构为四角或斜方晶体，此时。图2-2所示[50]为钙钛矿
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国能源流和碳流分析[J]. 于鹏伟,张豪,魏世杰,齐子睿. 煤炭经济研究. 2019(10)
本文编号：3545474
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
017年中国能源消费结构比例从终端消费部门所耗的能源品种图中所示，第二产业中，煤炭和电力为主要的
第一章绪论7效率[78]。另外Chiang等人通过加热来加速溶剂的挥发，在有效面积为25.2cm2的大面积器件上获得最高效率14.3%的大面积钙钛矿太阳能电池[79]。另外物理法还有吹气[80]和真空闪蒸法[81]，均能利于溶剂的挥发。化学法指的是在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂，改变其化学组成或者钙钛矿的结晶动力学，以此来获得高质量的钙钛矿薄膜。如Jiang等人在FAPbI3（CsCH3COO/IPA）溶液中引入Cs+离子，获得了14.6%的光电转换效率[82]，其有效面积为12cm2。Zhang等人把氯化乙胺（EACl）作为添加剂，加入钙钛矿前驱体溶液中，将16cm2的电池组件效率提升到11%[83]。图1-6部分大面积薄膜制备工艺。（a）软膜覆盖法（SCD）；（b）指压板法；（c）吹气法目前高效率的钙钛矿太阳能电池都是基于实验室手套箱内的小面积条件下实现的。至今鲜有对于大面积的钙钛矿太阳能电池的报道，尤其是在空气中制备更是寥寥无几。究其原因是大面积的器件受到许多因素的影响。对于大面积的钙钛矿太阳能电池，薄膜的均匀性和致密性十分重要，薄膜不能有明显的孔洞，因为蒸镀电极时，整个电极都会覆盖在薄膜表面，若是有孔洞，电极将被蒸镀到孔洞之中，使得正负电极相连，整个器件被短路。对小面积器件而言缺陷密度是影响器件性能的主要因素，但对于大面积器件，缺陷密度和缺陷的数量都会导致器件性能的大幅度下降，大面积器件不仅要求薄膜均匀致密覆盖率高，还要求薄膜的晶粒尺寸大，因为晶粒尺寸小意味着晶界的数量多，由于晶格断裂以及钙钛矿制备过程中需要退火，在这个过程中，有机阳离子基团会蒸发，所以许多深能级缺陷都存在与晶界和表面处。因此大面积钙钛矿太阳能电池的制备和性能提升十分困难。
电子科技大学硕士学位论文10第二章钙钛矿太阳能电池概论2.1钙钛矿材料钙钛矿是一种具备特定晶体结构的化合物，最初是指化学式为CaTiO3的矿石结构，后来泛指所有与CaTiO3具有相似晶体结构的材料。钙钛矿的名称来源于俄罗斯矿物学家L.A.Perovski，后来将钙钛矿的化学通式定为ABX3[50]。其中的A、B均为阳离子，X为阴离子。钙钛矿晶体的结构如图2-1所示。A阳离子通常为甲胺（CH3NH3+，MA）、甲脒（HC(NH2)2+，FA）等有机阳离子或者铯（Cs+）等无机金属阳离子；B阳离子通常为铅（Pb2+）离子、锡（Sn2+）等；X阴离子为卤素元素，如氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）。图2-1钙钛矿晶体结构图典型的钙钛矿材料通常是有6个X阴离子围绕着阳离子B构成一个正八面体，阳离子A则位于八面体的空位处。这种结构的卤素X共顶点连接，组成三维网络，将八面体之间的空隙扩充，能允许较大尺寸的离子填入，当出现了晶格的缺陷时，仍然能保持结构的稳定，这将有助于缺陷的迁移。对于不同的钙钛矿材料，其晶体结构的稳定性主要由八面体因子μ和容忍因子t决定，公式为：μ=RBRX(2-1)t=（RA+RB）√2（RB+RX）(2-2)以上公式中RA、RB、RX分别代表A、B、X的离子半径。一般的0.80≤t≤1.1，0.44≤μ≤0.90。当0.89≤t≤1.0，钙钛矿呈立方相晶体结构。当t＜0.89时，钙钛矿的对称性较差，不稳定，结构为四角或斜方晶体，此时。图2-2所示[50]为钙钛矿
【参考文献】：
期刊论文
[1]2017年中国能源流和碳流分析[J]. 于鹏伟,张豪,魏世杰,齐子睿. 煤炭经济研究. 2019(10)
本文编号：3545474
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