钙钛矿吸收层的组成和微结构及其相应钙钛矿太阳电池光伏性能的研究

发布时间：2017-08-02 10:40

  本文关键词：钙钛矿吸收层的组成和微结构及其相应钙钛矿太阳电池光伏性能的研究

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【摘要】：钙钛矿吸收层是钙钛矿太阳电池的最重要组成部分,也是近几年来的研究热点。本文采用了溶液旋涂和微距离真空热蒸发两步连续沉积法制备了双层结构PbI2薄膜,并利用CH3NH3I气相处理双层PbI2薄膜得到了钙钛矿吸收层薄膜(CH3NH3PbI3)；对钙钛矿薄膜的晶相、光学带隙和表面形貌进行了表征；并组装了平板钙钛矿太阳电池,其结构为FTO/-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Au,测试了其光伏性能。在PbI2的DMF溶液中直接加入等物质的量的DMSO形成PbI2(DMSO)配合物的DMF溶液,旋涂制得PbI2(DMSO)薄膜,通过控制CH3NH3I和CH3NH3Br卤甲铵混合溶液的卤素的物质的量比,旋涂制备了CH3NH3PbI3-xBrx钙钛矿吸收层薄膜,成功对钙钛矿薄膜进行Br掺杂；组装了相应的平板钙钛矿太阳电池,并对其化学组成、晶相、光学带隙和表面形貌进行了表征。利用CH3NH3Br和CH3NH3Cl气相处理双层PbI2薄膜分别得到了CH3NH3PbI3-xBrx以及CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿吸收层薄膜；对得到的两种钙钛矿吸收层薄膜的化学组成、晶相、光学带隙和表面形貌进行了研究,也分别组装了结构为FTO/c-TiO2/CH3NH3PbI3-xXx/spiro-OMeTAD/Au的平板钙钛矿太阳电池,测试了其光伏性能。结果表明,利用溶液旋涂和微距离真空热蒸发两步连续沉积法成功制备了双层结构的PbI2薄膜,通过气相处理获得了双层结构CH3NH3PbI3薄膜,由于双层结构的CH3NH3PbI3薄膜由下层180 nm均匀致密的CH3NH3PbI3薄膜和上层220 nm的粗糙多孔的CH3NH3PbI3薄膜组成,下层均匀致密,能有效阻挡spiro和Ti02的接触,防止电子复合；上层粗糙多孔,可以增大钙钛矿吸收层与spiro的接触面积,由其制备的平板钙钛矿太阳电池取得了11.64%的光电转换效率。在PbI2的DMF溶液中直接加入等物质的量DMSO,形成PbI2(DMSO)配合物的DMF溶液,通过旋涂制得了PbI2(DMSO)薄膜,其XRD花样显示其主峰位置从2θ=12.67℃位移至2θ=9.65℃处。通过旋涂不同CH3NH3I和CH3NH3Br物质的量比的卤甲铵混合溶液,得到不同化学组成的CH3NH3PbI3-xBrx钙钛矿吸收层薄膜,EDS、XRD和UV-Vis的结果均表明通过混合溶液旋涂可以成功实现钙钛矿薄膜中Br掺杂,但是提高混合溶液中CH3NH3Br的含量并不能提高钙钛矿薄膜中Br的含量,混合卤甲铵溶液中CH3NH3I和CH3NH3Br物质的量比为95:5时制备的CH3NH3Pbl3-xBrx的钙钛矿薄膜组装的钙钛矿太阳电池获得了最高为13.20%的光电转换效率。利用CH3NH3Br和CH3NH3Cl气相处理双层结构PbI2薄膜得到了CH3NH3PbI3-xBrx及CH3NH3Pbl3-xClx钙钛矿吸收层薄膜,经过表征得出,分别进行气相处理65 min和40 min得到的CH3NH3PbI3-xBrx和CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿吸收层薄膜厚度均匀致密,厚度分别为260 nm和430 nm；此外,EDS、XRD和UV-Vis的结果均表明两种薄膜成功实现Br和C1掺杂,利用两种薄膜组装的平板钙钛矿太阳电池分别取得了5.98%和4.41%的光电转换效率。
【关键词】：钙钛矿吸收层 掺杂 气相处理 两步溶液法 平板钙钛矿太阳电池
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-18
• 第一章 绪论18-28
• 1.1 引言18
• 1.2 太阳电池的总类18-22
• 1.2.1 硅基太阳电池19-20
• 1.2.2 化合物薄膜太阳电池20-21
• 1.2.3 染料敏化太阳电池21
• 1.2.4 量子点敏化太阳电池21-22
• 1.3 钙钛矿太阳电池22-26
• 1.3.1 钙钛矿材料简介22-23
• 1.3.2 钙钛矿太阳电池的发展23-24
• 1.3.3 钙钛矿太阳电池的结构及工作原理24-25
• 1.3.4 钙钛矿太阳电池的主要参数25
• 1.3.5 钙钛矿太阳电池的前景和目前存在的问题25-26
• 1.4 本论文的研究意义及主要内容26-28
• 第二章 双层结构PbI_2的制备及其在平板钙钛矿太阳电池中的应用28-38
• 2.1 引言28
• 2.2 实验部分28-32
• 2.2.1 试剂与仪器28-29
• 2.2.2 双层结构PbI_2薄膜的制备29
• 2.2.3 双层结构CH_3NH_3PbI_3薄膜的制备29
• 2.2.4 平板钙钛矿太阳电池的组装29-30
• 2.2.5 导电玻璃衬底的蚀刻与清洗30
• 2.2.6 碘甲铵的合成30-31
• 2.2.7 测试方法31-32
• 2.3 结果与讨论32-36
• 2.3.1 PbI_2和CH_3NH_3PbI_3薄膜微观形貌32-33
• 2.3.2 PbI_2和CH_3NH_3PbI_3薄膜的晶相33-35
• 2.3.3 PbI_2和CH_3NH_3PbI_3薄膜的紫外-可见吸收光谱35
• 2.3.4 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x钙钛矿吸收层的制备及其在平板钙钛矿太阳电池中的应用38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 实验内容38-39
• 3.2.1 实验仪器与试剂38
• 3.2.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x钙钛矿吸收层的制备38-39
• 3.2.3 导电玻璃的清洗39
• 3.2.4 平板钙钛矿太阳电池的组装39
• 3.2.5 测试方法39
• 3.3 结果与讨论39-46
• 3.3.1 PbI_2及CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的化学组成39-40
• 3.3.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的晶相40-41
• 3.3.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的紫外-可见吸收光谱41-42
• 3.3.4 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的微观形貌42-44
• 3.3.5 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能44-46
• 3.4 本章小结46-47
• 第四章 CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿吸收层的制备及其在平板钙钛矿太阳电池中的应用47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 实验内容47-49
• 4.2.1 实验仪器与试剂47-48
• 4.2.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x钙钛矿吸收层的制备48
• 4.2.3 导电玻璃的清洗48
• 4.2.4 双层结构PbI_2的制备48
• 4.2.5 平板钙钛矿太阳电池的组装48
• 4.2.6 测试方法48-49
• 4.3 结果与讨论49-54
• 4.3.1 PbI_2及CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的化学组成49-50
• 4.3.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的紫外-可见吸收光谱50-51
• 4.3.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的晶相51-52
• 4.3.4 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的微观形貌52-53
• 4.3.5 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能53-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 溶液法制备CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x钙钛矿吸收层及其在平板钙钛矿太阳电池中的应用56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 实验部分56-58
• 5.2.1 实验试剂和仪器56-57
• 5.2.2 PbI_2(DMSO)薄膜的制备57
• 5.2.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x的制备及平板钙钛矿太阳电池的组装57
• 5.2.4 导电玻璃的清洗57
• 5.2.5 测试方法57-58
• 5.3 结果与讨论58-65
• 5.3.1 PbI_2(DMSO)薄膜的晶相和表面形貌58-59
• 5.3.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的化学组成59-60
• 5.3.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的晶相60-61
• 5.3.4 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的紫外-可见吸收光谱61-62
• 5.3.5 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的微观形貌62-64
• 5.3.6 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能64-65
• 5.4 本章小结65-67
• 第六章 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-77
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况77

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