钙钛矿太阳能电池新型光阳极电荷传输性能的研究

发布时间：2017-08-09 12:36

  本文关键词：钙钛矿太阳能电池新型光阳极电荷传输性能的研究

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【摘要】：钙钛矿太阳能电池由于其成本低廉,工艺简单,使其成为研究的热点,自2009年以来,效率从3.9%提高到20.1%,发展迅猛。平板电池具有结构简单的优势,也成为研究热点,但它的滞回现象严重;介孔型电池结构复杂,滞回现象没有平板严重,但是电荷在介孔层上的复合严重,因此我们从以上两点出发,探索能改善其性能的实验方法。我们将α-氧化铁作为电子传输层应用在平板电池里面,和传统的二氧化钛相比,展现了较小的滞回现象和较高的稳定性。由于α-氧化铁与空穴传输层之间有较高的电势,使得它具有更有效的电荷提取、运输和较小的电荷复合,以及较高的稳定电流。因此,钙钛矿层与α-氧化铁界面电荷积累显著减少,使得J-V测试对扫描速度和方向不太敏感。此外,α-氧化铁的平板电池显示了良好的稳定性,当暴露于环境空气30天的时间,效率仅降低约5%,这归因于α-氧化铁的疏水性。为了提高电荷传输和收集,热电材料钴酸钠纳米纤维通过静电纺丝的方法,和二氧化钛形成同轴的核壳结构,和浆料二氧化钛以一定的比例混合在一起,然后应用在钙钛矿太阳能电池中。钴酸钠/二氧化钛核壳结构的加入,在热电动势的驱动下使得电子定向移动,因此可以加速电子从钙钛矿层传输到电子传输层。我们的研究结果表明,在光阳极产生热电动势推动电子传输和收集,从而抑制电荷复合。而且电子的注入效率也有提高,最高的光电转换效率是加入质量比为9.1wt%的钴酸钠/二氧化钛核壳结构,提高了电池的电流密度,使得电池效率提高了约20%。
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 氧化铁 钴酸钠/二氧化钛核壳结构
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 引言10-11
• 1.2 钙钛矿太阳能电池11-17
• 1.2.1 发展史11-12
• 1.2.2 结构特点12-13
• 1.2.3 工作原理13-15
• 1.2.4 工作参数15-17
• 1.3 平板型和介孔型钙钛矿太阳能电池17-18
• 1.4 钙钛矿太阳能电池中的电子传输层18-21
• 1.5 选题意义和主要内容21-23
• 第二章 钙钛矿太阳能电池材料合成与测试方法23-32
• 2.1 钙钛矿太阳能电池材料合成23-30
• 2.1.1 实验药品23-24
• 2.1.2 实验仪器24
• 2.1.3 TiO_2浆料的制备24-25
• 2.1.4 介孔层烧结方法25-26
• 2.1.5 甲胺碘的制备26
• 2.1.6. NaCo_2O_4纳米纤维的制备26-27
• 2.1.7 TiO_2纳米纤维的制备27-28
• 2.1.8 TiO_2/NaCo_2O_4同轴纳米纤维的制备28-29
• 2.1.9 FTO玻璃的清洗29-30
• 2.2 表征测试方法30-31
• 2.2.1 电流密度-电压(J-V)曲线30
• 2.2.2 X射线衍射（XRD）30
• 2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）30-31
• 2.2.4 紫外可见光谱（UV-vis spectrum）31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 α-Fe_2O_3作为电子传输层的研究32-45
• 3.1 平板型太阳能电池的制备流程32-33
• 3.2 平板型钙钛矿太阳能电池的结构测试表征33-36
• 3.2.1 致密层的场发射SEM测试33-34
• 3.2.2 致密层Fe_2O_3的XRD测试34-35
• 3.2.3 钙钛矿层表面的SEM测试35
• 3.2.4 钙钛矿太阳能电池断面测试35-36
• 3.3 钙钛矿太阳能电池性能测试分析36-44
• 3.3.1 电池J-V曲线分析36-37
• 3.3.2 电流密度的瞬时值及IPCE曲线分析37-38
• 3.3.3 功函数、稳态荧光光谱和时间分辨荧光衰减曲线分析38-42
• 3.3.4 电池在空气环境下的稳定性及接触角分析42-44
• 3.4 本章小结44-45
• 第四章 钙钛矿太阳能电池介孔层的修饰45-57
• 4.1 介孔型钙钛矿太阳能电池制备流程45-47
• 4.2 NaCo_2O_4/TiO_2纳米纤维47-48
• 4.2.1 NaCo_2O_4/TiO_2纳米纤维结构表征47
• 4.2.2 NaCo_2O_4/TiO_2的XRD表征47-48
• 4.3 不同比例NaCo_2O_4/TiO_2的钙钛矿层表面48-51
• 4.3.1 不同比例NaCo_2O_4/TiO_2的钙钛矿层表面场发射SEM表征48-49
• 4.3.2 添加不同比例NaCo_2O_4/TiO_2的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线49-51
• 4.4 纯TiO_2纳米纤维51-52
• 4.4.1 TiO_2纳米纤维结构表征51
• 4.4.2 添加不同比例TiO_2纳米纤维的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线51-52
• 4.5 钙钛矿太阳能电池的性能分析52-56
• 4.5.1 钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线及分析53-54
• 4.5.2 钙钛矿层吸收曲线及分析54-55
• 4.5.3 钙钛矿太阳能电池稳态光致发光光谱、时间分辨光谱及分析55-56
• 4.6 本章小结56-57
• 第五章 结论57-59
• 致谢59-60
• 参考文献60-67
• 攻读硕士期间取得的成果67-68

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1 王晓莉,姚熹;复杂组成钙钛矿材料中的纳米分相[J];西安交通大学学报;1995年09期

2 庄志强;王蕴辉;施红阳;;铌镁酸铅类钙钛矿结构铁电多晶体的制备技术[J];华南理工大学学报(自然科学版);1992年03期

3 赵旭,栗萍,唐贵德,张变芳,禹日程;Nb掺杂对双钙钛矿化合物居里温度的影响[J];河北师范大学学报;2004年04期

4 李福q，

本文编号：645337