芴类衍生物材料在反式钙钛矿太阳能电池中的应用研究
发布时间：2022-01-14 20:37
钙钛矿太阳能电池因其制备工艺简单、光电转化效率高、易于实现柔性化等优势,成为目前的研究热点。但是想要实现钙钛矿太阳能电池的商业化应用,电池的效率和稳定性还需要进一步提高,空穴传输材料作为电池的一部分,在其中起着重要作用。为了提高电池的性能,为今后的商业化应用打下基础,本论文围绕新型芴类衍生物空穴传输材料在反式钙钛矿太阳能电池中的应用与器件优化展开研究,主要工作如下:我们引入了两种新型芴类衍生物HDM1和HDM2作为空穴传输材料,应用到反式平面结构钙钛矿太阳能电池中。通过原子力显微镜等表征测试方法,研究新型空穴传输材料的性质,发现材料HDM1和HDM2在成膜质量、能级的匹配程度、空穴迁移率以及空穴的提取和传输能力等方面表现出良好的性质,有利于提高器件的效率和稳定性;实验得到材料的HDM1和HDM2的最优制备工艺为:溶液浓度2 mg/m L,旋涂转速3000 r/min,应用材料HDM1和HDM2作为空穴传输层的电池器件取得了17.96%和18.59%的效率;使用（FAPb I3）1-x（MAPb Br3）x混合阳离子体系钙钛矿作为吸光层,使用两步法制备钙钛矿层,对钙钛矿薄膜进行优化,优化...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种类型的太阳能电池效率[13]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-理想立方钙钛矿时，其t值预计为0.813<t<1.107[17]，将B设为铅离子，根据有效离子半径计算APbX3（X=Cl，Br，I）钙钛矿中的rA，取边界条件t=0.8和t=1，得出rA半径介于1.6～2.5之间的阳离子可以形成钙钛矿结构，由于甲基胺阳离子（CH3NH3+）的离子半径为1.8，因此在成型性上非常适合形成卤化铅钙钛矿。图1-3钙钛矿结构示意图有机卤化铅钙钛矿材料是一种直接带隙的半导体材料，和其他半导体吸光材料相比，具有以下几个优势：（1）高消光系数高且带隙合适，例如CH3NH3PbI3在550nm处的消光系数为1.5×105（mol/L）-1cm-1，是染料敏化太阳能电池中有机染料的2~3倍[18]，这一优势可以使用更薄的吸收层来有效地收集太阳辐射，仅500-600nm厚度的钙钛矿材料即可吸收全部可见光，而通常的染料敏化太阳能电池需要约2μm，CH3NH3PbI3的带隙为1.55eV，接近光伏性能的最佳值（1.4eV），并且材料的带隙可以通过调节不同卤素的比例进行调节；（2）双极性载流子传输特性，钙钛矿材料既能高效传输电子也能高效传输空穴,例如CH3NH3PbI3的电子迁移率约为5~10cm2V-1s-1，空穴迁移率为1~5cm2V-1s-1，载流子的扩散长度在100nm左右，CH3NH3PbI3-xClx的载流子迁移率可高达33cm2V-1s-1，其载流子的扩散长度可超过1μm，载流子寿命长于其它太阳能电池[19,20]；（3）其制备工艺简单、高效、成本低，可以通过旋涂钙钛矿溶液进行制备，也可以通过真空蒸镀的方法进行制备，此外，还可以利用刮涂[21]、狭缝印刷[22]、卷对卷[23]的方法进行大面积柔性器件制备，利于商业化应用。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-1.2.2钙钛矿电池器件结构和工作原理钙钛矿太阳能电池器件的工作原理如下：（1）光生载流子的产生，太阳光透过空穴传输层或者是电子传输层被钙钛矿层吸收，钙钛矿层产生自由的光生载流子（电子-空穴对）；（2）电荷的传输，在电荷传输层/钙钛矿层的界面处，电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层提取并传输至对应电极，其中，钙钛矿导带底与电子传输层的最低未占分子轨道（LUMO，LowestUnoccupiedMolecularOrbital）能级间的能级差驱动电子传输到电子传输层，钙钛矿价带顶与空穴传输层最高占据分子轨道（HOMO，HighestOccupiedMolecularOrbital）能级间的能级差驱动空穴传输到空穴传输层；（3）电子和空穴分别被正极和负极收集，连通外电路，形成电流，钙钛矿太阳能电池工作原理示意图见图1-4。图1-4钙钛矿太阳能电池工作原理示意图钙钛矿太阳能电池由透明导电层、电子传输层（ETL，Electrontransportinglayer）、钙钛矿层、空穴传输层（HTL，Holetransportinglayer）、电极组成，钙钛矿层夹在电子传输层和空穴传输层之间。根据电荷传输层位置的不同，可以分为正型结构和反型结构，如果光通过电子传输层被钙钛矿层吸收，则称为n-i-p结构，也称为正型结构，见图1-5a）；与之相反，如果光通过空穴传输层被钙钛矿层吸收，则称为p-i-n结构，也称为反型结构，见图1-5b）。根据器件里是否有介孔支架层，可以分为介孔结构和平面结构两个基本结构。典型的介孔结构电池器件如图1-5c）所示，以染料敏化电池的结构为基础[24]，在电子传输层和钙钛矿层之间，加入一层介孔层作为支架，TiO2是一种被经
【参考文献】：
硕士论文
[1]联噻吩材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[D]. 赵宁.华中科技大学 2016
本文编号：3589172
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
各种类型的太阳能电池效率[13]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-理想立方钙钛矿时，其t值预计为0.813<t<1.107[17]，将B设为铅离子，根据有效离子半径计算APbX3（X=Cl，Br，I）钙钛矿中的rA，取边界条件t=0.8和t=1，得出rA半径介于1.6～2.5之间的阳离子可以形成钙钛矿结构，由于甲基胺阳离子（CH3NH3+）的离子半径为1.8，因此在成型性上非常适合形成卤化铅钙钛矿。图1-3钙钛矿结构示意图有机卤化铅钙钛矿材料是一种直接带隙的半导体材料，和其他半导体吸光材料相比，具有以下几个优势：（1）高消光系数高且带隙合适，例如CH3NH3PbI3在550nm处的消光系数为1.5×105（mol/L）-1cm-1，是染料敏化太阳能电池中有机染料的2~3倍[18]，这一优势可以使用更薄的吸收层来有效地收集太阳辐射，仅500-600nm厚度的钙钛矿材料即可吸收全部可见光，而通常的染料敏化太阳能电池需要约2μm，CH3NH3PbI3的带隙为1.55eV，接近光伏性能的最佳值（1.4eV），并且材料的带隙可以通过调节不同卤素的比例进行调节；（2）双极性载流子传输特性，钙钛矿材料既能高效传输电子也能高效传输空穴,例如CH3NH3PbI3的电子迁移率约为5~10cm2V-1s-1，空穴迁移率为1~5cm2V-1s-1，载流子的扩散长度在100nm左右，CH3NH3PbI3-xClx的载流子迁移率可高达33cm2V-1s-1，其载流子的扩散长度可超过1μm，载流子寿命长于其它太阳能电池[19,20]；（3）其制备工艺简单、高效、成本低，可以通过旋涂钙钛矿溶液进行制备，也可以通过真空蒸镀的方法进行制备，此外，还可以利用刮涂[21]、狭缝印刷[22]、卷对卷[23]的方法进行大面积柔性器件制备，利于商业化应用。
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-5-1.2.2钙钛矿电池器件结构和工作原理钙钛矿太阳能电池器件的工作原理如下：（1）光生载流子的产生，太阳光透过空穴传输层或者是电子传输层被钙钛矿层吸收，钙钛矿层产生自由的光生载流子（电子-空穴对）；（2）电荷的传输，在电荷传输层/钙钛矿层的界面处，电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层提取并传输至对应电极，其中，钙钛矿导带底与电子传输层的最低未占分子轨道（LUMO，LowestUnoccupiedMolecularOrbital）能级间的能级差驱动电子传输到电子传输层，钙钛矿价带顶与空穴传输层最高占据分子轨道（HOMO，HighestOccupiedMolecularOrbital）能级间的能级差驱动空穴传输到空穴传输层；（3）电子和空穴分别被正极和负极收集，连通外电路，形成电流，钙钛矿太阳能电池工作原理示意图见图1-4。图1-4钙钛矿太阳能电池工作原理示意图钙钛矿太阳能电池由透明导电层、电子传输层（ETL，Electrontransportinglayer）、钙钛矿层、空穴传输层（HTL，Holetransportinglayer）、电极组成，钙钛矿层夹在电子传输层和空穴传输层之间。根据电荷传输层位置的不同，可以分为正型结构和反型结构，如果光通过电子传输层被钙钛矿层吸收，则称为n-i-p结构，也称为正型结构，见图1-5a）；与之相反，如果光通过空穴传输层被钙钛矿层吸收，则称为p-i-n结构，也称为反型结构，见图1-5b）。根据器件里是否有介孔支架层，可以分为介孔结构和平面结构两个基本结构。典型的介孔结构电池器件如图1-5c）所示，以染料敏化电池的结构为基础[24]，在电子传输层和钙钛矿层之间，加入一层介孔层作为支架，TiO2是一种被经
【参考文献】：
硕士论文
[1]联噻吩材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[D]. 赵宁.华中科技大学 2016
本文编号：3589172
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3589172.html
