钙钛矿型有机铅卤化合物材料制备及其光电性能研究

发布时间：2017-07-31 19:33

  本文关键词：钙钛矿型有机铅卤化合物材料制备及其光电性能研究

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【摘要】：钙钛矿型有机铅卤化合物材料因其载流子迁移率高、禁带宽度可调控以及可低温溶液合成等优点,是制备低成本、高效率太阳能电池的理想材料。目前,吸收层为钙钛矿型材料的平板太阳能电池存在着贵金属对电极材料价格昂贵以及一步旋涂法难于获得致密薄膜等问题,制约了其商业化应用。本文采用蒸发溶剂法和研磨煅烧法制备了性能优异的钙钛矿型有机铅碘化合物(CH3NH3PbI3),探究了一步旋涂法制备致密的CH3NH3PbI3薄膜的最优条件。同时,采用一步旋涂法制备出具有纯相结构的钙钛矿型混合卤素化合物(CH3NH3PbI3-xClx)薄膜,并组装了平板太阳能电池。进而在钙钛矿型材料的平板太阳能电池的基础上,组装了钙钛矿型材料的纤维状太阳能电池。首先通过控制CH3NH3PbI3前驱体溶液浓度,旋涂转速以及基底预热温度等条件,采用一步旋涂法制备出致密的CH3NH3PbI3薄膜。薄膜呈树枝状,厚度约为750 nm,光吸收性能优异。带隙值为1.53 eV,波长在400～800 nm范围内,光吸收率在85%以上,是太阳能电池理想的光吸收层材料。进一步组装CNTs/P3HT/CH3NH3PbI3二氧化钛/FTO结构的平板太阳能电池。在标准光源(AM1.5,100 mW·cm-2)下,太阳能电池的开路电压为0.5 V,短路电流密度为0.97 mA·cm-2,填充因子为0.213,能量转换率为O.104%。其次为进一步提高钙钛矿型材料的性能,本文用Cl元素部分取代CH3NH3PbI3中的Ⅰ元素。在制备出CH3NH3PbI3致密薄膜的最优条件下制备CH3NH3PbI3-xClx薄膜,控制钙钛矿前驱体溶液中PbCl2和CH3NH3I的比例(1：2,1：3和1：4),并分别组装CNTs/P3HT/CH3NH3PbI3-xClx/TiO2/FTO结构的平板太阳能电池。研究表明,在标准光源下,当PbCl2与CH3NH3I的比例为1：3时,电池的能量转换效率为0.528%,与CH3NH3PbI3平板太阳能电池相比,效率提高了3.8倍。最后设计并组装CNTs/P3HT/CH3NH3PbI3及CH3NH3PbI3-xClx/二氧化钛/Ti结构的纤维状太阳能电池,采用排列整齐的Ti02纳米管作为电子传输层,碳纳米管薄膜作为对电极。当Ti02纳米管管径约为70 nm,长度约为3.455μm时,在标准光源下,CH3NH3PbI3纤维太阳能电池的能量转换效率为0.751%；当PbCl2与CH3NH3I的比例为1：3时,CH3NH3PbI3-xClx纤维太阳能电池的能量转换效率为2.04%。与钙钛矿型平板太阳能电池相比,纤维状电池能够获得更高的能量转换效率。
【关键词】：钙钛矿 有机铅碘化合物 混合卤素化合物 太阳能电池
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ264.22;TM914.4
【目录】：

• 学位论文数据集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 太阳能电池16-17
• 1.2 钙钛矿型化合物太阳能电池17-20
• 1.3 钙钛矿型有机无机杂化材料20-24
• 1.3.1 钙钛矿材料及其结构20-21
• 1.3.2 钙钛矿型材料的性质21-24
• 1.4 钙钛矿型薄膜沉积方法的研究进展24-28
• 1.5 本论文的研究意义及目的28-29
• 1.6 本论文研究内容29-32
• 第二章 实验部分32-38
• 2.1 实验药品及原料32-33
• 2.2 实验仪器33-34
• 2.3 物相表征34-35
• 2.3.1 X射线衍射(XRD)表征34
• 2.3.2 扫描电子显微镜(SEM)表征34
• 2.3.3 能谱仪(EDS)表征34-35
• 2.3.4 拉曼光谱(Raman)表征35
• 2.4 光电性能测试35-38
• 2.4.1 紫外可见光光谱(UV-vis)测试35
• 2.4.2 霍尔(Hall)测试35-36
• 2.4.3 光电响应测试36
• 2.4.4 光致荧光光谱(PL)测试36
• 2.4.5 J-V曲线测试36-38
• 第三章 钙钛矿型化合物的制备及其光电性能研究38-50
• 3.1 钙钛矿型有机铅碘化合物制备38-40
• 3.1.1 甲基碘化铵的制备38-39
• 3.1.2 蒸发溶剂法制备钙钛矿型有机铅碘化合物39
• 3.1.3 研磨煅烧法制备钙钛矿型有机铅碘化合物39-40
• 3.2 钙钛矿型混合卤素化合物制备40
• 3.3 钙钛矿型有机铅碘化合物的表征40-44
• 3.3.1 物相结构表征40-42
• 3.3.2 光学性能测试42-44
• 3.4 钙钛矿型混合卤素化合物的表征44-49
• 3.4.1 物相结构表征44-46
• 3.4.2 光学性能测试46-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 钙钛矿型平板太阳能电池研究50-64
• 4.1 一步法制备钙钛矿型有机铅碘化合物薄膜50-58
• 4.1.1 旋涂转速数对薄膜的影响50-52
• 4.1.2 预热温度对薄膜的影响52-55
• 4.1.3 前驱体溶液浓度对薄膜的影响55-58
• 4.2 钙钛矿型有机铅碘化合物平板太阳电池研究58-60
• 4.2.1 电池结构58-59
• 4.2.2 电池性能测试59-60
• 4.3 钙钛矿型混合卤素化合物平板太阳电池的研究60-63
• 4.3.1 电池结构60-61
• 4.3.2 电池性能测试61-63
• 4.4 本章小结63-64
• 第五章 钙钛矿型纤维状太阳能电池研究64-74
• 5.1 钙钛矿型纤维电池的结构设计64
• 5.2 钙钛矿型纤维电池的组装64-66
• 5.3 纤维状电池组件性能表征66-70
• 5.4 纤维状钙钛矿型太阳能电池性能测试70-71
• 5.5 稳定性测试71-72
• 5.6 本章小结72-74
• 第六章 全文总结74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82-84
• 作者与导师简介84-85
• 专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书85-86

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