碳基钙钛矿太阳能电池的制备与界面研究

发布时间：2017-09-01 13:29

  本文关键词：碳基钙钛矿太阳能电池的制备与界面研究

  更多相关文章： 钙钛矿太阳能电池 多孔碳膜 自支撑碳膜 滴涂法 热压法

【摘要】：钙钛矿太阳能电池从2009年发展至今,其光电转化效率从3.8%提高至21.1%,几乎可以和单晶硅的光电转化效率(25.6%)相媲美。但存在的一些问题限制其大规模的生产及应用,譬如通常需要昂贵的有机半导体材料作为空穴传输层,和蒸镀一层贵金属(Au或Ag)作为背电极,并且钙钛矿吸光层不稳定。常规方法制备的钙钛矿太阳能电池材料成本高,对设备要求也很高。因而,降低钙钛矿太阳能电池的制备成本,提高电池的稳定性,是目前急需解决的技术难题。碳材料具有种类丰富、导电性好、成本低及易操作等优点,其中疏水性碳电极材料是优良的金属电极替代材料。本论文尝试了两种不同结构及组成的碳电极材料在钙钛矿太阳能电池中的应用,从以下几个方面进行了研究:(1)摸索基于多孔碳基背电极钙钛矿太阳能电池制备工艺。我们发现在FTO/c-Ti O2/m-Ti O2/m-Zr O/m-C异质结薄膜基底上,钙钛矿前驱体溶液对基底的浸润性直接影响着前驱体溶液在基底内部的扩散,决定了溶液是否能够到达m-Ti O2层以形成良好的m-Ti O2:CH3NH3Pb I3的P-N互穿型异质结构。为提高钙钛矿前驱体溶液对基底的浸润性,我们尝试采用多种溶剂对基底进行前处理,通过J-V曲线的测试发现DMF溶液前处理后可降低多孔层对钙钛矿前驱体溶液的表面张力。此外,除了改变基底的浸润性,基底中每层功能性薄膜的厚度及退火温度也对电池光电转化性能有很大影响。(2)摸索基于自支撑碳基背电极钙钛矿太阳能电池的制备工艺。电池结构为FTO/c-Ti O2/m-Ti O2/CH3NH3Pb I3/f-C,采用快速结晶法制备钙钛矿吸光层,我们发现氯苯的滴加时间对钙钛矿薄膜的成膜质量至关重要,滴加过早吸光膜易呈放射状,滴加过晚对CH3NH3Pb I3晶体的析出几乎无影响。此外,钙钛矿层的退火温度也是重要影响因素,通过SEM和XRD的表征可以看出它在很大程度上影响CH3NH3Pb I3的晶化度以及晶体颗粒的尺寸。对于自支撑碳膜,我们选择了成膜后电阻小、导电性好,且具有一定柔韧性的碳浆制备自支撑碳膜,通过优化热压温度和时间,改善其与钙钛矿吸光层的界面接触,降低界面电阻。
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 多孔碳膜 自支撑碳膜 滴涂法 热压法
【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9-21
• 1.1 引言9-11
• 1.2 太阳能电池的发展11-13
• 1.3 钙钛矿太阳能电池的发展13-15
• 1.4 钙钛矿太阳能电池的常见结构与工作原理15-18
• 1.5 碳基背电极在太阳能电池中的应用18-20
• 1.6 本论文主要研究课题20-21
• 第2章 实验原料与方法21-28
• 2.1 实验药品及实验仪器21-23
• 2.1.1 实验药品21-22
• 2.1.2 实验仪器22-23
• 2.2 碳基钙钛矿太阳能电池的制备23-24
• 2.3 太阳能电池的主要参数24-25
• 2.3.1 实验中太阳光模拟器的光源信息24
• 2.3.2 短路电流24
• 2.3.3 开路电压24
• 2.3.4 填充因子24-25
• 2.3.5 光电转化效率25
• 2.4 材料表征及测试方法25-28
• 2.4.1 伏安特性曲线25
• 2.4.2 扫描电子显微镜25-26
• 2.4.3 X-射线衍射仪26
• 2.4.4 四探针测试仪26-28
• 第3章 滴涂法制备碳基钙钛矿太阳能电池28-45
• 3.1 引言28
• 3.2 滴涂法制备碳基钙钛矿太阳能电池的实验流程28-29
• 3.3 各功能层的表面形貌29-32
• 3.3.1 TiO_2介孔层的表面形貌29-30
• 3.3.2 ZrO_2多孔层的表面形貌30-31
• 3.3.3 多孔碳层的表面形貌31-32
• 3.4 钙钛矿太阳能电池的测试32-42
• 3.4.1 碳层与阻挡层的润湿性32-37
• 3.4.2 CH_3NH_3PbI_3结晶温度与时间对电池性能的影响37-39
• 3.4.3 电子传输层和介孔层厚度的优化39-42
• 3.5 太阳能电池的稳定性测试42-43
• 3.6 本章小结43-45
• 第4章 热压法制备碳基钙钛矿太阳能电池45-55
• 4.1 引言45
• 4.2 热压法制备钙钛矿太阳能电池的实验流程45-46
• 4.3 自支撑碳膜的制备46-48
• 4.4 钙钛矿吸光层的制备48-52
• 4.5 热压工艺的优化条件52-54
• 4.6 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-64
• 致谢64

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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：772349