钙钛矿太阳能电池电荷传输层的材料设计及器件性能研究
发布时间：2022-11-06 18:51
近年来,由于钙钛矿太阳能电池具有光谱响应范围宽,载流子传输距离长,制备工艺简单,成本低廉等优势成为当今最具前景的光伏技术之一。从2009年被发现开始,钙钛矿太阳能电池的发展速度超出了人们的预期,平均以每年提高2%左右的光电转换效率不断刷新纪录。目前常用方法制备的钙钛矿太阳能电池器件的钙钛矿层表面晶粒不完整,晶体缺陷较大,器件工作时对电子-空穴对的分离以及活性层电荷传输造成较大的阻滞效应,从而对器件的光电转换效率以及稳定性造成较大影响。此外,构成电池器件重要组成部分的电荷传输层的材料和处理工艺也会影响电池的效率和稳定性。针对以上问题,本研究主要在电荷传输层的材料设计、处理工艺以及钙钛矿吸光层的优化等方面做了大量研究和探讨,具体工作包括以下几点:（1）采用溶剂蒸汽退火方法研究了spiro-OMeTAD层的形态控制,通过优化相关参数显著改善了CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能器件的性能。研究发现,使用溶剂蒸汽退火可以得到一个表面更加光滑的spiro-OMeTAD层,钙钛矿/spiro-OMeTAD与spiro-OMeTAD/金...
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 太阳能电池的发展历程
1.2 钙钛矿太阳能电池研究进展
1.3 钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理
1.3.1 钙钛矿太阳能电池的层状结构
1.3.2 钙钛矿太阳能电池的工作原理
1.4 钙钛矿太阳能电池的性能参数-光电转换效率(PCE)
1.5 提升钙钛矿太阳能电池器件效率的研究策略
1.5.1 改善钙钛矿吸光层的晶体缺陷
1.5.2 基团及离子掺杂法
1.5.3 采用新空穴传输层或者电子传输层材料改善电荷传输效率
1.6 钙钛矿太阳电池当前面临的问题
1.7 本研究的意义
第2章 钙钛矿太阳能电池制备方法及表征手段
2.1 钙钛矿太阳能电池制备方法
2.1.1 一步溶液沉积法
2.1.2 两步溶液沉积法
2.1.3 气相沉积法
2.2 钙钛矿太阳能电池制备过程
2.2.1 反式器件制备过程
2.2.2 正式器件的制备过程
2.3 钙钛矿太阳能电池器件性能相关表征手段
2.3.1 伏安特性曲线(J-V Characteristics)
2.3.2 单色光光电转换效率(IPCE)
2.3.3 电化学阻抗谱(EIS)
2.3.4 空间电荷限制电流(SCLC)
2.3.5 暗电流密度特性
2.3.6 扫描电子显微镜图像(SEM)
2.3.7 原子力显微镜图像(AFM)
2.3.8 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)
2.3.9 时间分辨光致发光(TRPL)
2.3.10 紫外光电子能谱(UPS)
2.3.11 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.12 X射线衍射(XRD)
2.3.13 接触角(Contact Angle)
第3章 溶剂蒸汽退火控制空穴传输层形貌对钙钛矿太阳能电池性能影响
3.1 研究背景
3.2 实验部分
3.2.1 器件制备
3.2.2 器件性能表征
3.3 结果与讨论
3.4 本章小结
第4章 醇蒸汽退火优化空穴传输层对反式钙钛矿太阳能电池性能影响
4.1 研究背景
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 器件制备过程
4.2.3 表征手段
4.2.4 理论模拟
4.3 结果与讨论
4.4 本章小结
第5章 溶剂效应改性钙钛矿薄膜的形态对二维钙钛矿太阳能电池性能影响
5.1 研究背景
5.2 实验部分
5.2.1 器件制备
5.2.2 器件表征
5.3 结果与讨论
5.4 本章小结
第6章 基于非富勒烯受体电子传输层的反式二维钙钛矿太阳能电池性能研究
6.1 研究背景
6.2 实验部分
6.2.1 实验设备
6.2.2 制备过程
6.2.3 器件表征
6.3 结果与讨论
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent Progress in High-efficiency Planar-structure Perovskite Solar Cells[J]. Yang Zhao,Qiufeng Ye,Zema Chu,Feng Gao,Xingwang Zhang,Jingbi You. Energy ＆ Environmental Materials. 2019(02)
[2]Carbon Materials in Perovskite Solar Cells: Prospects and Future Challenges[J]. Victoria Ferguson,S.Ravi P.Silva,Wei Zhang. Energy ＆ Environmental Materials. 2019(02)
[3]Vacuum-free fabrication of high-performance semitransparent perovskite solar cells via e-glue assisted lamination process[J]. Hengkai Zhang,Yaokang Zhang,Guang Yang,Zhiwei Ren,Wei Yu,Dong Shen,Chun-Shing Lee,Zijian Zheng,Gang Li. Science China（Chemistry）. 2019(07)
本文编号：3704034
【文章页数】：111 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 太阳能电池的发展历程
1.2 钙钛矿太阳能电池研究进展
1.3 钙钛矿太阳能电池的结构及工作原理
1.3.1 钙钛矿太阳能电池的层状结构
1.3.2 钙钛矿太阳能电池的工作原理
1.4 钙钛矿太阳能电池的性能参数-光电转换效率(PCE)
1.5 提升钙钛矿太阳能电池器件效率的研究策略
1.5.1 改善钙钛矿吸光层的晶体缺陷
1.5.2 基团及离子掺杂法
1.5.3 采用新空穴传输层或者电子传输层材料改善电荷传输效率
1.6 钙钛矿太阳电池当前面临的问题
1.7 本研究的意义
第2章 钙钛矿太阳能电池制备方法及表征手段
2.1 钙钛矿太阳能电池制备方法
2.1.1 一步溶液沉积法
2.1.2 两步溶液沉积法
2.1.3 气相沉积法
2.2 钙钛矿太阳能电池制备过程
2.2.1 反式器件制备过程
2.2.2 正式器件的制备过程
2.3 钙钛矿太阳能电池器件性能相关表征手段
2.3.1 伏安特性曲线(J-V Characteristics)
2.3.2 单色光光电转换效率(IPCE)
2.3.3 电化学阻抗谱(EIS)
2.3.4 空间电荷限制电流(SCLC)
2.3.5 暗电流密度特性
2.3.6 扫描电子显微镜图像(SEM)
2.3.7 原子力显微镜图像(AFM)
2.3.8 紫外-可见吸收光谱(UV-vis)
2.3.9 时间分辨光致发光(TRPL)
2.3.10 紫外光电子能谱(UPS)
2.3.11 X射线光电子能谱(XPS)
2.3.12 X射线衍射(XRD)
2.3.13 接触角(Contact Angle)
第3章 溶剂蒸汽退火控制空穴传输层形貌对钙钛矿太阳能电池性能影响
3.1 研究背景
3.2 实验部分
3.2.1 器件制备
3.2.2 器件性能表征
3.3 结果与讨论
3.4 本章小结
第4章 醇蒸汽退火优化空穴传输层对反式钙钛矿太阳能电池性能影响
4.1 研究背景
4.2 实验部分
4.2.1 实验材料
4.2.2 器件制备过程
4.2.3 表征手段
4.2.4 理论模拟
4.3 结果与讨论
4.4 本章小结
第5章 溶剂效应改性钙钛矿薄膜的形态对二维钙钛矿太阳能电池性能影响
5.1 研究背景
5.2 实验部分
5.2.1 器件制备
5.2.2 器件表征
5.3 结果与讨论
5.4 本章小结
第6章 基于非富勒烯受体电子传输层的反式二维钙钛矿太阳能电池性能研究
6.1 研究背景
6.2 实验部分
6.2.1 实验设备
6.2.2 制备过程
6.2.3 器件表征
6.3 结果与讨论
6.4 本章小结
第7章 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
攻读博士学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Recent Progress in High-efficiency Planar-structure Perovskite Solar Cells[J]. Yang Zhao,Qiufeng Ye,Zema Chu,Feng Gao,Xingwang Zhang,Jingbi You. Energy ＆ Environmental Materials. 2019(02)
[2]Carbon Materials in Perovskite Solar Cells: Prospects and Future Challenges[J]. Victoria Ferguson,S.Ravi P.Silva,Wei Zhang. Energy ＆ Environmental Materials. 2019(02)
[3]Vacuum-free fabrication of high-performance semitransparent perovskite solar cells via e-glue assisted lamination process[J]. Hengkai Zhang,Yaokang Zhang,Guang Yang,Zhiwei Ren,Wei Yu,Dong Shen,Chun-Shing Lee,Zijian Zheng,Gang Li. Science China（Chemistry）. 2019(07)
本文编号：3704034
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