新型钙钛矿太阳能电池制备及光电转化性能研究

发布时间：2017-09-13 23:50

  本文关键词：新型钙钛矿太阳能电池制备及光电转化性能研究

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【摘要】：钙钛矿太阳能电池是一种新型薄膜太阳能电池,相对于传统的液态染料敏化太阳能电池而言,其原材料成本低,制备过程能耗低、工艺简单且电池光电转换效率高,便于封装,有利于大面积生产。目前,钙钛矿太阳能电池在短短6年内电池效率提升到已认证的21%,向人们展示了其巨大的发展潜力和应用价值,为太阳能电池产业的发展注入了强大的动力。本论文工作主要围绕钙钛矿太阳能电池的工作机理、结构设计、以及制备工艺优化等问题展开研究。同时前期CuInSe量子点敏化太阳能电池制备与性能表征工作为后期钙钛矿太阳能电池的机理分析与制备工艺技术的摸索等研究提供了宝贵的知识积累与测试表征经验。量子点敏化太阳能电池依然是液态敏化太阳能电池,相比较而言,全新固态高效CH_3NH_3PbI_3吸光材料及空穴传输材料Spiro-OMeTAD让钙钛矿太阳能电池在效率提升,工艺生产方面有着不可比拟的优势。(1)两步连续沉积方法制备了基于CH_3NH_3PbI_3材料的新型钙钛矿太阳能电池,PbI2与CH_3NH_3I的反应时间控制对CH_3NH_3PbI_3光电转换层的颗粒尺寸和薄膜形貌以及电池光电转化效率有很大的影响。通过调节PbI2与CH_3NH_3I的反应时间对两步连续沉积方法制备钙钛矿太阳能电池进行了初步摸索,并获得14.5%的转化效率。(2)介孔TiO_2的孔隙结构对钙钛矿太阳能电池的短路电流产生很大的作用,为进一步提高电池光电转化效率,以及研究TiO_2介孔层对电子的输运机理,采用TiCl4水溶液对TiO_2介孔层进行不同时间处理,获得了不同孔隙结构的TiO_2薄膜,并研究了TiO_2介孔层孔隙结构对CH_3NH_3PbI_3薄膜成膜特性以及电子输运性能的影响,进一步将电池效率提高至接近15%(3)创新性采用真空连续浇注法制备了ZnO@CuInSe复合光阳极材料,并制备了CuInSe量子点与N719染料共敏化染料敏化太阳能电池,并对其光电性能进行研究,其电池效率达到6.66%
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 CH3NH3PbI3 两步连续沉积法 共敏化
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 引言8
• 1.2 薄膜太阳能电池简介8-9
• 1.3 钙钛矿太阳能电池简介9-15
• 1.3.1 钙钛矿材料的晶体结构特点10
• 1.3.2 钙钛矿太阳能电池合成制备方法10-11
• 1.3.3 钙钛矿太阳能电池的结构以及工作机理11-13
• 1.3.4 钙钛矿太阳能电池的研究现状13-15
• 1.4 量子点敏化太阳能电池简介15-19
• 1.4.1 量子点电池的结构和工作原理15-17
• 1.4.2 量子点电池研究现状17-19
• 1.5 主要研究内容和工作设想19-21
• 第二章 反应时间控制对钙钛矿太阳能电池性能的影响21-32
• 2.1 引言21
• 2.2 实验部分21-23
• 2.2.1 原料与试剂21
• 2.2.2 钙钛矿材料制备21-22
• 2.2.3 钙钛矿太阳能电池组装22
• 2.2.4 时间分辨瞬态荧光光谱测试（TRPL）22-23
• 2.2.5 薄膜粗糙度测试23
• 2.2.6 样品表征测试23
• 2.3 结果与讨论23-31
• 2.3.1 转化时间控制与钙钛矿层颜色变化23-24
• 2.3.2 钙钛矿层物相分析及钙钛矿层的UV-Vis吸收图谱24-26
• 2.3.3 钙钛矿薄膜SEM表面形貌表征及粗糙度AFM分析26-27
• 2.3.4 钙钛矿太阳能电池器件J-V数据分析27-29
• 2.3.5 钙钛矿太阳能电池器件单色光量子转化效率（IPCE）测试29
• 2.3.6 时间分辨瞬态光谱分析（TRPL）分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 介孔TiO_2孔隙结构控制对钙钛矿太阳能电池性能的影响32-44
• 3.1 引言32
• 3.2 实验部分32-33
• 3.3 实验结果与讨论33-42
• 3.3.1 钙钛矿太阳能电池器件J-V测试33-35
• 3.3.2 介孔TiO_2表面形貌分析（SEM）及表面粗糙度测试（AFM）35-37
• 3.3.3 钙钛矿层表面形貌分析（SEM）及粗糙度分析（AFM）37-38
• 3.3.4 钙钛矿层物相（XRD）分析38-39
• 3.3.5 钙钛矿层的UV-Vis吸收图谱39-40
• 3.3.6 电池器件单色光量子转化效率（IPCE）40-41
• 3.3.7 时间分辨瞬态光谱分析（TRPL）分析41-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 ZnO@CuInSe/N719量子点共敏化太阳能电池制备和性能研究44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 实验部分44-47
• 4.2.1 原料与试剂44-45
• 4.2.2 材料制备45
• 4.2.3 ZnO@CuInSe/N719量子点共敏化太阳能电池组装45-47
• 4.2.4 样品表征和性能测试47
• 4.3 结果分析与讨论47-55
• 4.3.1 ZnO@CuInSe薄膜物相(XRD)表征47-48
• 4.3.2 ZnO@CuInSe复合粉体XPS分析48-49
• 4.3.3 ZnO@CuInSe复合粉体透射电镜(TEM)与表面形貌SEM测试49-51
• 4.3.4 ZnO@CuInSe薄膜UV-VIS吸收光谱分析51-52
• 4.3.5 ZnO@CuInSe复合粉体氮气吸附脱附曲线分析52-53
• 4.3.6 ZnO@CuInSe光阳极染料敏化太阳能电池J-V曲线和IPCE图谱分析53-55
• 4.4 本章小结55-56
• 第五章 结论与展望56-58
• 5.1 结论56-57
• 5.2 展望57-58
• 参考文献58-64
• 致谢64-65
• 个人简历、在学期间研究成果及发表论文65-67

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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：846635