平板式钙钛矿太阳能电池的结构调控与性能优化

发布时间：2017-09-18 02:11

  本文关键词：平板式钙钛矿太阳能电池的结构调控与性能优化

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【摘要】：薄膜太阳能电池是目前太阳能电池研究的重要方向之一,其一般具有重量轻、材料消耗少、节省空间和布置成本、利于制备堆积型电池等优点。钙钛矿太阳能电池作为新型薄膜太阳能电池,在不到十年的时间内,效率从3.81%提高到20.1%,具有优异的发展前景。平板式钙钛矿太阳能电池结构简单、易于界面优化和发展柔性电池、有利于产业化生产,其在钙钛矿太阳能电池的研究中越来越为人们所关注,也为钙钛矿太阳能电池未来的大规模应用提供了可能。本课题结合平板式钙钛矿太阳能电池的结构特点,主要从碳背电极、光阳极、钙钛矿活性层三方面进行了相关研究。首先,进行了平板式钙钛矿太阳能电池的碳电极制备研究。制备了FTO/dense-TiO2/CH3NH3PbIxCl3-x/Carbon体系的平板式钙钛矿太阳能电池,对刮涂法和丝网印刷法制备的碳电极进行了表征分析,并研究了其对碳电极成膜以及电池器件性能的影响。另外,通过控制丝网印刷次数来研究碳背电极厚度对电池性能的影响。其次,研究了不同的平板式钙钛矿太阳能电池光阳极。分别制备和表征了传统Ti02光阳极、掺入还原氧化石墨烯rGO的TiO2光阳极,组装了传统的FTO\Photo anode\CH3NH3PbIxCl3-x\Spiro-OMeTAD\Ag体系的电池,并分析了rGO掺杂对电池器件结构和电池性能的影响。通过在水热过程中引入电场辅助生长及PEI添加剂制备了两种ZnO纳米棒光阳极,并对光阳极进行了形貌、晶体质量及荧光光谱等表征分析,结合碳背电极进行了室温制备平板式钙钛矿太阳能电池AZO/ZnO nanorods/CH3NH3PbIxCl3-x/Carbon,并对电池结构和性能进行了研究分析。最后,进行了平板式钙钛矿太阳能电池的钙钛矿活性层的制备研究。由于PbX2薄膜对钙钛矿活性层有重要影响,因此首先研究了PbX2旋涂操作中不同的旋涂速度对PbX2薄膜的影响,并研究了附加氯苯旋涂处理对PbX2成膜质量的影响。然后研究了一步法、分步法、气相辅助法三个方案制备的钙钛矿活性层薄膜的差异,分别制备了FTO/dense-TiO2/CH3NH3PbIxCl3-x/Carbon结构平板式钙钛矿太阳能电池。一步法制备的钙钛矿活性层连续性较差,气相辅助法制备钙钛矿活性层成分不均一,二者均会较大影响电池性能,而分步法制备的钙钛矿活性层对应的电池性能则较好,在不使用额外空穴传输层及全空气制备条件下获得了6.18%的光电转换效率。
【关键词】：平板式钙钛矿太阳能电池 碳电极 还原氧化石墨烯 氧化锌纳米棒 活性层
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-8
• ABSTRACT8-12
• 1 绪论12-21
• 1.1 引言12-14
• 1.2 钙钛矿太阳能电池的发展和分类14-16
• 1.3 钙钛矿太阳能电池的工作原理16-18
• 1.4 钙钛矿太阳能电池的性能参数18-19
• 1.5 主要研究内容和意义19-21
• 2 实验试剂及仪器21-24
• 2.1 实验试剂21-22
• 2.2 实验材料22
• 2.3 实验条件22
• 2.4 实验仪器与设备22-24
• 3 平板式钙钛矿太阳能电池的碳电极制备研究24-31
• 3.1 引言24-25
• 3.2 实验部分25-27
• 3.2.1 FTO导电玻璃的预处理25-26
• 3.2.2 TiO_2光阳极的制备26
• 3.2.3 钙钛矿活性层的制备26-27
• 3.2.4 空穴传输层及电极的制备27
• 3.3 结果与讨论27-30
• 3.4 小结30-31
• 4 平板式钙钛矿太阳能电池的光阳极制备研究31-46
• 4.1 引言31
• 4.2 实验部分31-34
• 4.2.1 FTO、AZO、载玻片的预处理32-33
• 4.2.2 TiO_2、TiO_2-rGO、ZnO nanorods光阳极的制备33
• 4.2.3 钙钛矿活性层的制备33-34
• 4.2.4 空穴传输层及电极的制备34
• 4.3 结果与讨论34-45
• 4.3.1 TiO_2光阳极及TiO_2-rGO复合光阳极的研究34-38
• 4.3.2 ZnO nanorods光阳极的研究38-45
• 4.4 小结45-46
• 5 平板式钙钛矿太阳能电池的活性层制备研究46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 实验部分46-47
• 5.2.1 FTO、载玻片的预处理46
• 5.2.2 TiO_2光阳极的制备46
• 5.2.3 钙钛矿活性层的制备46-47
• 5.2.4 电极的制备47
• 5.3 结果与讨论47-53
• 5.3.1 PbX_2薄膜层的制备研究47-51
• 5.3.2 CH_3NH_3PbI_xCl_(3-x)钙钛矿活性层制备研究51-52
• 5.3.3 不同方法制备CH_3NH_3PHI_xCl_(3-x)钙钛矿活性层的电池性能研究52-53
• 5.4 小结53-54
• 6 结论54-56
• 6.1 实验结论与存在问题54-55
• 6.2 展望55-56
• 参考文献56-59
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果59-61
• 学位论文数据集61

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本文编号：872757