静电喷射法制备二氧化钛薄膜及钙钛矿太阳能电池的研究

发布时间：2017-09-12 04:34

  本文关键词：静电喷射法制备二氧化钛薄膜及钙钛矿太阳能电池的研究

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【摘要】：钙钛矿太阳能电池是一种使用有机无机杂化材料作为光吸收层的新型太阳能电池,目前其光电转换效率已经突破了20%,是当前最具前景的太阳能电池。液相法制备钙钛矿太阳能电池是当前研究的热点,也是未来产业化批量制备这种新型电池的主要研究方向,有望克服当前主流的硅基太阳能电池成本过高的缺点,真正实现太阳能的低价有效应用。静电喷射法是一种利用静电力使液体雾化成细小的液滴喷射出来的方法,是一种新兴的微纳结构制备技术,具备低成本、可制备大面积样品、可用于柔性衬底等优点,特别适用于产业化生产。本文主要探索了使用静电喷射法制备钙钛矿太阳能电池的技术路径,并与传统的旋涂法进行了对比,为后续的进一步研究开辟了道路。首先,搭建了静电喷射系统,并进行了二氧化钛溶胶的喷射。对采用不同参数制备的薄膜进行了表征,研究了喷射参数对于二氧化钛薄膜形貌的影响。通过优化喷射参数,分别制备了连续致密的二氧化钛薄膜,用于钙钛矿太阳能电池的阻挡层；以及密集多孔的二氧化钛颗粒网络,用于钙钛矿太阳能电池的介孔层。然后,使用静电喷射法制备的阻挡层和介孔层用于制备完整的钙钛矿太阳能电池中,并使用传统的旋涂法制备了对比用的钙钛矿太阳能电池。在制备过程中旋涂了钙钛矿光吸收层和空穴传输层,蒸镀了银电极,并对各功能层的制备参数进行了简单的优化。最后,测试了所制备的钙钛矿太阳能电池的主要光电性能,包括伏安特性和IPCE等,并对两种方法制备的电池进行了比较和分析。测试结果显示,静电喷射法可用于制备钙钛矿太阳能电池的阻挡层和介孔层,用此方法制备的电池的光电性能可以与使用传统的旋涂法制备的电池相比拟,其光电转换效率可以达到8.29%。
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 静电喷射 二氧化钛 薄膜
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ134.11;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-21
• 1.1 研究背景7
• 1.2 钙钛矿太阳能电池的研究现状7-17
• 1.2.1 钙钛矿太阳能电池的发展历史7-9
• 1.2.2 钙钛矿太阳能电池的结构分类9-13
• 1.2.3 钙钛矿太阳能电池的制备技术13-17
• 1.3 静电喷射技术简介17-19
• 1.3.1 静电喷射技术的发展历史17
• 1.3.2 静电喷射技术的基本原理17-19
• 1.3.3 静电喷射技术在染料敏化太阳能电池(DSSC)制备中的应用19
• 1.4 论文研究意义及主要内容19-20
• 1.5 论文的结构安排20-21
• 2 静电喷射法制备二氧化钛薄膜研究21-41
• 2.1 实验药品和仪器21-22
• 2.1.1 实验药品21
• 2.1.2 实验仪器21-22
• 2.1.3 基底清洗和处理22
• 2.2 静电喷射实验装置和测试22-24
• 2.2.1 实验装置的搭建22-24
• 2.2.2 实验装置的测试24
• 2.3 薄膜表征方法24-27
• 2.3.1 薄膜成分X射线衍射表征24-25
• 2.3.2 薄膜表面形貌场发射扫描电镜表征25-26
• 2.3.3 薄膜紫外-可见光吸收谱表征26-27
• 2.4 二氧化钛溶胶的制备27-28
• 2.5 静电喷射法制备二氧化钛薄膜28-37
• 2.5.1 喷射参数对二氧化钛薄膜的影响28-34
• 2.5.2 稳定喷射下的参数间相互关系34-37
• 2.6 静电喷射法制备钙钛矿太阳能电池阻挡层37-39
• 2.7 静电喷射法制备钙钛矿太阳能电池介孔层39-40
• 2.8 本章小结40-41
• 3 钙钛矿太阳能电池的制备和表征41-52
• 3.1 实验药品和仪器41-42
• 3.1.1 实验药品41
• 3.1.2 实验仪器41-42
• 3.2 钙钛矿太阳能电池结构设计42-43
• 3.3 钙钛矿太阳能电池器件的制备方法43-51
• 3.3.1 清洗准备43
• 3.3.2 二氧化钛阻挡层的制备43-45
• 3.3.3 二氧化钛介孔层的制备45
• 3.3.4 钙钛矿光吸收层的制备45-50
• 3.3.5 空穴传输层的制备50
• 3.3.6 银电极的真空蒸镀50-51
• 3.4 本章小结51-52
• 4 钙钛矿太阳能电池的测试和分析52-64
• 4.1 钙钛矿太阳能电池的工作模型及Matlab仿真52-56
• 4.1.1 钙钛矿太阳能电池的工作模型52-53
• 4.1.2 钙钛矿太阳能电池特性参数的Matlab仿真53-56
• 4.2 钙钛矿太阳能电池的测试方法和测试设备56-60
• 4.2.1 钙钛矿太阳能电池伏安特性和测试设备56-58
• 4.2.2 钙钛矿太阳能电池的光谱响应特性和测试设备58-60
• 4.3 钙钛矿太阳能电池性能测试和分析60-63
• 4.3.1 旋涂法制备的钙钛矿太阳能电池60-61
• 4.3.2 静电喷射法制备的钙钛矿太阳能电池61-63
• 4.3.3 比较分析63
• 4.4 本章小结63-64
• 5 总结与展望64-65
• 5.1 工作总结64
• 5.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-71
• 附录71

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本文编号：835139