基于复合空穴传输材料的介孔钙钛矿太阳电池的研究

发布时间：2017-08-24 14:36

  本文关键词：基于复合空穴传输材料的介孔钙钛矿太阳电池的研究

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【摘要】：人类面临着能源危机与环境污染这两大问题,因此大力发展清洁能源是未来的趋势。而太阳能由于其资源丰富,分布广泛等特点被认为是最有前景的清洁能源之一,而太阳电池是将太阳能转化为电能的有效方式。有机／无机杂化钙钛矿材料由于其具有较长的电荷扩散长度、较高的光吸收系数、合适的禁带宽度等优点受到广泛关注。近几年,基于钙钛矿材料的钙钛矿太阳电池光电转化效率得到迅速提升,已从最初的3.8%飙升至20%。其中,空穴传输材料是钙钛矿太阳电池的重要组成部分,起到将空穴传至对电极并阻碍电子的作用,它传输空穴的性能是决定钙钛矿太阳电池光电转化效率的关键因素之一。Spiro-OMeTAD具有合适的能级位置,是高效钙钛矿太阳电池常用的空穴传输材料。然而其同时也存在很多缺点：如载流子迁移率较低、稳定性差、合成工艺复杂、成本较高等,因此寻找出一种载流子迁移率高、稳定性强、适于溶液法制备的空穴传输材料部分替代Spiro-OMeTAD具有很重要的意义。而CuO、CuO2作为铜氧化物中两种很稳定的结构,其制备工艺简单、载流子迁移率较高符合上述要求。本文将铜氧化物与Spiro-OMeTAD共同使用制备了复合空穴传输层,具体工作如下：本论文采用二氧化钛为电子传输材料和骨架层、CH3NH3PbI3作为光吸收材料、Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料、金作为对电极,制备了结构为FTO/致密Ti02层／介孔Ti02层/CH3NH3PbI3/Spiro-MeoTAD/Au的介孔钙钛矿太阳电池。通过优化工艺条件(碘甲胺浓度、PbI2薄膜制备过程)获得了光电转化效率超过11%的介孔钙钛矿太阳电池。在此基础上通过溶液法引入一层新的空穴传输材料,即CuOx,将其至于钙钛矿层与Spiro-MeoTAD之间,与Spiro-MeoTAD共同构成新的复合空穴传输层。电池测试结果证实,与无CuOx层的电池相比,采用复合空穴传输层的电池,具有更高的光电转换效率(从10.94%提升至12.3%),及更大的短路电流(由18.2 mA/cm2提升至19.5 mA/cm2)。AFM、SEM结果表明,CuOx层的修饰可有效减少由液相法合成的钙钛矿层的表面粗糙度。此外,荧光测试结果表明,CuOx层对于有效抽取空穴,减小光生载流子复合,起到积极作用。
【关键词】：钙钛矿 太阳电池 两步法 复合空穴传输层 铜氧化物
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【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1章 绪论10-25
• 1.1 太阳能与可再生能源研究背景10
• 1.2 太阳电池的分类及发展历程10-12
• 1.3 有机/无机杂化钙钛矿太阳电池12-17
• 1.3.1 钙钛矿材料及特点12-14
• 1.3.2 钙钛矿太阳电池的结构14-15
• 1.3.3 介孔钙钛矿太阳电池的工作原理15-16
• 1.3.4 介孔钙钛矿太阳电池的性能参数16-17
• 1.4 钙钛矿太阳电池的发展历程及研究现状17-23
• 1.4.1 钙钛矿太阳电池的发展历程17-18
• 1.4.2 研究现状18-23
• 1.4.2.1 钙钛矿光吸收材料18-19
• 1.4.2.2 导电基底与对电极19-20
• 1.4.2.3 电子传输材料20-21
• 1.4.2.4 空穴传输材料21-23
• 1.5 选题背景和意义23-24
• 1.6 主要研究内容24
• 1.7 本章小结24-25
• 第2章 介孔钙钛矿太阳电池的制备及不同工艺条件对其性能的影响25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-27
• 2.2.1 实验原料与试剂25-26
• 2.2.2 实验设备26-27
• 2.2.3 测试和表征方法27
• 2.3 介孔钙钛矿太阳电池的制备27-28
• 2.3.1 材料合成及设备准备27
• 2.3.2 太阳电池的制备流程27-28
• 2.4 不同工艺条件对电池性能的影响28-37
• 2.4.1 碘甲胺浓度变化对太阳电池性能的影响28-32
• 2.4.1.1 SEM结果分析29-30
• 2.4.1.2 UV结果分析30-31
• 2.4.1.3 I-V结果分析31-32
• 2.4.2 碘化铅结晶过程对太阳电池性能的影响32-37
• 2.4.2.1 SEM结果分析32-34
• 2.4.2.2 UV结果分析34-35
• 2.4.2.3 XRD结果分析35-36
• 2.4.2.4 I-V结果分析36-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第3章 基于复合空穴传输材料的介孔钙钛矿太阳电池的制备及性能研究38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 实验部分38-40
• 3.2.1 实验原料与试剂38-39
• 3.2.2 实验过程所需实验设备39-40
• 3.2.3 测试和表征方法40
• 3.3 基于复合空穴传输材料的介孔钙钛矿太阳电池的制备40-43
• 3.3.1 材料合成与溶液配制40-41
• 3.3.2 太阳电池的制备流程41-43
• 3.4 表征结果分析43-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第4章 结论与展望49-51
• 4.1 结论49-50
• 4.2 展望50-51
• 参考文献51-57
• 攻读硕士学位期间参加的科研工作57-58
• 致谢58

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本文编号：731863