氨基酸用于二氧化钛界面修饰的钙钛矿太阳能电池研究

发布时间：2017-08-24 01:08

  本文关键词：氨基酸用于二氧化钛界面修饰的钙钛矿太阳能电池研究

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【摘要】：钙钛矿太阳能电池是一种新型的有机无机杂化太阳能电池,近年来已日益成为研究的热点,其效率也超过20%。目前,对于钙钛矿太阳能电池界面修饰的研究还相对较少。本课题主要通过采用生物分子氨基酸对电池阴极界面进行修饰,使得阴极界面功函数与活性层LUMO能级匹配,从而达到提高电池效率的目的。主要内容如下:采用氨基酸修饰ITO和TiO_2表面并研究修饰前后界面特性。经研究发现,氨基酸修饰后,ITO和Ti O2表面粗糙度变化不大。通过XPS对氨基酸/ITO和氨基酸/TiO_2界面进行表征,证明了氨基酸能够通过水热反应吸附在ITO和TiO_2表面上;通过UPS对不同氨基酸不同溶剂修饰ITO和TiO_2后其功函数的表征,表明赖氨酸甲醇溶液对ITO和TiO_2修饰效果最好,其功函数下降分别为1.1 eV和1.2 eV。对于PAN:CH_3NH_3PbI_3体系器件,通过改变氨基酸生长条件研究氨基酸修饰TiO_2薄膜后器件性能变化。经过各种工艺方案的对比,得到氨基酸修饰TiO_2薄膜最佳工艺方案。该方案采用浓度为3 mg/ml的赖氨酸甲醇溶液通过在反应釜中与表面涂有TiO_2的基片反应120 min,之后进行真空抽干。通过这种方案制备的器件性能最好,开路电压、短路电流、填充因子和转换效率分别为1.00 V、21.53 mA/cm2、0.54和11.61%。而没有经过氨基酸修饰的器件转换效率可达12.51%,各项性能参数均优于修饰后的器件。经分析,主要是氨基酸与PAN亲和性较强并发生化学反应致使活性层分层两方面的原因造成的。此外,对柔性结构的器件进行了探索,得到了效率为0.85%的器件。对于PbCl2:CH_3NH_3I体系器件,同样对比了各种工艺方案的效果。通过研究,得出了最佳工艺方案,即采用浓度为3 mg/ml的赖氨酸甲醇溶液通过在反应釜中与表面涂有TiO_2的基片反应120 min。通过该方案获得了开路电压、短路电流、填充因子和转换效率分别为0.83 V、19.51 mA/cm2、0.53和8.64%的器件。对比没有进行界面修饰的PbCl2:CH_3NH_3I体系器件其性能得到了提高。
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 TiO_2 氨基酸 界面修饰
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-20
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 钙钛矿太阳能电池10-14
• 1.2.1 钙钛矿太阳能电池简介10-12
• 1.2.2 钙钛矿太阳能电池的机理12-13
• 1.2.3 钙钛矿太阳能电池的性能参数13-14
• 1.3 电池界面修饰14-17
• 1.4 生物材料17-19
• 1.4.1 氨基酸18
• 1.4.2 多肽18-19
• 1.5 课题研究内容及创新性19-20
• 第2章 实验方法20-30
• 2.1 实验材料与设备20-21
• 2.2 材料的制备及表征方法21-26
• 2.2.1 CH_3NH_3PbI_3的制备及表征21-24
• 2.2.2 纳米TiO_2材料的制备及表征24-26
• 2.3 界面的修饰及其表征26-27
• 2.3.1 氨基酸修饰ITO玻璃26
• 2.3.2 氨基酸修饰二氧化钛26-27
• 2.3.3 界面表征方法27
• 2.4 钙钛矿太阳能电池的制备和表征27-30
• 2.4.1 氨基酸修饰的钙钛矿太阳能电池制备27-29
• 2.4.2 钙钛矿太阳能电池的表征29-30
• 第3章 氨基酸修饰金属氧化物界面性能研究30-41
• 3.1 前言30
• 3.2 氨基酸/ITO杂化界面的制备及表征30-34
• 3.2.1 氨基酸/ITO杂化界面的制备31
• 3.2.2 氨基酸/ITO杂化界面XPS表征31-32
• 3.2.3 氨基酸/ITO杂化界面原子力显微镜32-33
• 3.2.4 氨基酸/ITO杂化界面UPS表征33-34
• 3.3 氨基酸/TiO_2杂化界面的制备及表征34-40
• 3.3.1 氨基酸/TiO_2杂化界面的制备35
• 3.3.2 氨基酸/TiO_2杂化界面XPS表征35-37
• 3.3.3 氨基酸/TiO_2杂化界面原子力显微镜37-38
• 3.3.4 氨基酸/TiO_2杂化界面UPS表征38-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 界面修饰对电池性能影响及分析41-64
• 4.1 前言41
• 4.2 界面修饰对PAN:CH_3NH_3PbI_3体系器件性能影响41-57
• 4.2.1 干燥方式对电池性能影响42-43
• 4.2.2 不同氨基酸溶剂对电池性能影响43-45
• 4.2.3 不同氨基酸修饰界面对电池性能影响45-47
• 4.2.4 氨基酸浓度对电池性能影响47-49
• 4.2.5 水热反应时间对电池性能影响49-50
• 4.2.6 界面修饰前后电池性能研究50-55
• 4.2.7 界面修饰对柔性电池性能影响研究55-57
• 4.3 界面修饰对PbCl_2:CH_3NH_3I体系器件性能影响57-63
• 4.3.1 氨基酸溶剂对电池性能影响58-59
• 4.3.2 不同氨基酸对电池性能影响59-60
• 4.3.3 氨基酸浓度对电池性能影响60-62
• 4.3.4 水热反应时间对电池性能影响62-63
• 4.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-71
• 致谢71

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