钙钛矿太阳电池致密层的制备及其光伏性能的研究

发布时间：2017-09-02 03:30

  本文关键词：钙钛矿太阳电池致密层的制备及其光伏性能的研究

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【摘要】：致密层作为平板钙钛矿太阳电池的重要组成部分之一,其材料的化学组成与厚度对平板钙钛矿太阳电池的光伏性能有很重要的影响,针对致密层的研究对平板钙钛矿太阳电池效率的优化有一定的意义。本文以偏钨酸铵的DMF/水溶液为前驱体溶液,采用旋涂-热解法制备了不同厚度的WO_3薄膜,并将其作为钙钛矿太阳电池的致密层,组装了结构为FTO/WO_3/CH_3NH_3PbI3/spiro-OMeTAD/Au的平板钙钛矿太阳电池,测试和比较了其光伏性能,另外,气相辅助法制备的CH_3NH_3PbI3钙钛矿薄膜用异丙醇的冲洗处理对相应钙钛矿太阳电池光伏性能的影响进行了分析,利用X-射线衍射仪、场发射扫描电子显微镜和紫外-可见分光光度计对所制备的WO_3薄膜的晶相、形貌和吸收光谱进行了表征分析；以异丙醇钨的异丙醇溶液为前驱体溶液,通过旋涂-热解法制备了高品质的超薄WO_3致密层,对其晶相、形貌和吸收光谱进行了表征分析,并探究了WO_3致密层的厚度对相应的平板钙钛矿太阳电池光伏性能的影响；本论文通过旋涂钛酸异丙酯的异丙醇弱酸溶液来制备三个不同厚度的TiO_2致密层,系统地研究了TiO_2致密层的厚度对平板钙钛矿太阳电池的光伏性能的影响,并运用电化学阻抗谱对相应平板钙钛矿太阳电池的界面电荷转运和复合情况进行了分析。结果表明,利用旋涂-热解法制备的WO_3薄膜是沿着(200)晶相择优生长,是有着良好结晶度的致密均一的薄膜,基于厚度为62 nm的WO_3薄膜的平板钙钛矿太阳电池获得了7.18%的最高光电转换效率(η),开路电压(V_(oc))为0.67 V,短路电流(Jsc)为18.46 mA·cm~(-2)及填充因子(FF)为0.62,而且用异丙醇冲洗处理气相辅助法制备的CH_3NH_3PbI3钙钛矿薄膜能有效的提高平板钙钛矿太阳电池的光伏性能；本实验方法所得到的WO_3致密层是非晶的,是具有高品质的超薄致密层,很均一紧密地完全覆盖了下面的FTO衬底,基于厚度为15 nm的WO_3致密层的平板钙钛矿太阳电池获得了10.14%的最高η,V_(oc)为0.77 V,Jsc为1812 mA·cm~(-2)及FF为0.73,且随着致密层厚度的增加,相应的平板钙钛矿太阳电池的η和V_(oc)降低,Jsc增加；利用旋涂-热解法制备的TiO_2致密层是非晶的或者结晶度比较低,而且致密层表面非常的平坦,是一层均匀致密无针孔的薄膜。基于厚度为60 nm的TiO_2致密层的平板钙钛矿太阳电池获得了12.64%的最高η,V_(oc)为0.92 V、Jsc为19.16 mA·cm~(-2)及FF为0.71,而且随着致密层厚度的增加,相应的平板钙钛矿太阳电池的η降低,V_(oc)和Jsc降低,FF增加,另外,随着致密层厚度的增加,相应的平板钙钛矿太阳电池的复合电阻减小,即电池内部的电子与空穴的复合几率变大。
【关键词】：TiO_2致密层 WO_3薄膜 偏钨酸铵溶液 厚度 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】：TM914.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-25
• 1.1 引言16
• 1.2 太阳电池的分类16-20
• 1.2.1 硅基太阳电池16-18
• 1.2.2 化合物薄膜太阳电池18
• 1.2.3 聚合物太阳电池18-19
• 1.2.4 染料敏化太阳电池19-20
• 1.2.5 钙钛矿太阳电池20
• 1.3 钙钛矿太阳电池20-22
• 1.3.1 钙钛矿简介20-21
• 1.3.2 钙钛矿太阳电池的结构与工作原理21
• 1.3.3 钙钛矿太阳电池的研究进展21-22
• 1.4 WO_3简介22-24
• 1.5 本论文的研究意义及主要内容24-25
• 第二章 利用偏钨酸铵的DMF/水溶液制备WO_3薄膜及其在平板钙钛矿太阳电池中的应用25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-28
• 2.2.1 试剂及仪器25-26
• 2.2.2 导电玻璃衬底的蚀刻与清洗26
• 2.2.3 WO_3薄膜的制备26-27
• 2.2.4 CH_3NH_3I的合成27-28
• 2.2.5 平板钙钛矿太阳电池的组装28
• 2.2.6 测试方法28
• 2.3 结果与讨论28-37
• 2.3.1 WO_3薄膜的晶相、形貌及紫外吸收光谱分析28-32
• 2.3.2 PbI_2薄膜及CH_3NH_3PbI_3薄膜的晶相、形貌及吸收光谱分析32-35
• 2.3.3 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能35-37
• 2.4 本章小结37-38
• 第三章 利用异丙醇钨的异丙醇溶液制备超薄WO_3致密层及其钙钛矿太阳电池光伏性能的研究38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 实验部分38-39
• 3.2.1 试剂及仪器38
• 3.2.2 导电玻璃衬底的蚀刻与清洗38
• 3.2.3 异丙醇钨溶液的配制及WO_3致密层的制备38-39
• 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39-47
• 3.3.1 WO_3致密层的晶相、形貌及吸收光谱分析39-42
• 3.3.2 混合PbI_2-PbCl_2薄膜及CH_3NH_3PbI_3薄膜的晶相、形貌与吸收光谱分析42-46
• 3.3.3 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能46-47
• 3.4 本章小结47-49
• 第四章 TiO_2致密层的厚度对平板钙钛矿太阳电池光伏性能的影响49-59
• 4.1 引言49
• 4.2 实验部分49-51
• 4.2.1 试剂及仪器49
• 4.2.2 导电玻璃衬底的蚀刻与清洗49-50
• 4.2.3 TiO_2致密层的制备50
• 4.2.4 平板钙钛矿太阳电池的组装50
• 4.2.5 测试方法50-51
• 4.3 结果与讨论51-57
• 4.3.1 TiO_2致密层的晶相51-52
• 4.3.2 TiO_2致密层的厚度及表面形貌52
• 4.3.3 TiO_2致密层的紫外-可见吸收光谱52-53
• 4.3.4 平板钙钛矿太阳电池的光伏性能53-55
• 4.3.5 平板钙钛矿太阳电池的电化学阻抗谱分析55-57
• 4.4 本章小结57-59
• 第五章 结论与展望59-61
• 5.1 结论59-60
• 5.2 展望60-61
• 参考文献61-71
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况71

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