两步法制备介观钙钛矿太阳能电池及其光伏性能研究

发布时间：2017-09-25 16:25

  本文关键词：两步法制备介观钙钛矿太阳能电池及其光伏性能研究

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【摘要】：随着能源危机和环境污染问题的日益严峻,人们急需寻求清洁可再生的能源来缓解这些问题。太阳能具有资源丰富、清洁环保、不受地理因素影响等优点,可以有效地缓解能源危机和环境恶化,是一种真正意义上的绿色环保能源。太阳能电池是太阳能应用中最为合理有效的一种方式。钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有成本低、工艺简单、能量转换效率高等优势,是目前极具发展前景的一种太阳能电池。本论文对钙钛矿太阳能电池的发展现状、结构组成、工作原理及测试表征方法进行了较为详细地叙述。重点研究了基于碳电极无空穴传输层介观PSCs的制备及其光伏性能的影响因素,系统地探讨了致密层电阻、PbI2的浓度和浸泡时间以及CH_3NH_3I的溶剂对电池光伏性能的影响。本论文为提高PSCs光伏性能的研究提供了一定的理论和实验基础。主要研究内容包括以下几个方面:(1)制备了致密层电阻不同的PSCs,并探究了致密层电阻对电池光伏性能的影响。实验结果表明,致密层电阻大小存在合理区间,致密层的电阻在300~600Ω之间时,PSCs的性能较优。当致密层的电阻大小适中时,才能有效地传输电子,并阻碍空穴的传输。(2)采用两步法制备了一系列PbI2膜层浓度和浸泡时间不同的钙钛矿层,研究了PbI2浓度和浸泡时间对PSCs光伏性能的影响。研究结果表明随着浸泡时间的延长,钙钛矿的晶粒尺寸整体呈增大的趋势。当PbI2浓度持续增加时,钙钛矿层的覆盖率不断提高。电池性能测试结果表明,当PbI2薄膜的浸泡时间为30min时,电池的光电转化效率相对而言最高。(3)分别采用异丙醇和正丁醇作为CH_3NH_3I的溶剂制备了钙钛矿,初步探索了不同溶剂对钙钛矿的形貌和覆盖率的影响。实验结果显示,用正丁醇做溶剂制备的钙钛矿的覆盖率比用异丙醇做溶剂制备的钙钛矿覆盖率要高,且表面更平整、薄膜粒径尺寸分布范围较窄。可能是因为正丁醇是亲脂性溶剂,极性比异丙醇弱,对钙钛矿的溶解能力没有异丙醇强,所以随着浸泡时间的推移,被溶解掉的钙钛矿相对较少。对不同溶剂制备的PSCs进行光伏性能测试,结果表明,采用正丁醇溶剂制备的PSCs的光电转化效率相对较高。
【关键词】：钙钛矿 太阳能电池 电子传输层 光电转换效率
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 引言10
• 1.2 太阳能电池的分类10-13
• 1.2.1 硅基太阳能电池11
• 1.2.2 薄膜太阳能电池11-12
• 1.2.3 染料敏化太阳能电池12
• 1.2.4 钙钛矿太阳能电池12-13
• 1.3 钙钛矿太阳能电池 (PSCs)13-18
• 1.3.1 钙钛矿(Perovskite)晶体结构13
• 1.3.2 PSCs的结构13-15
• 1.3.3 PSCs的工作原理15-16
• 1.3.4 钙钛矿的主要制备方法16-17
• 1.3.5 PSCs的主要性能表征参数17-18
• 1.4 选题背景及研究现状18-23
• 1.4.1 选题背景18-19
• 1.4.2 无空穴传输层介观PSCs的研究现状19-23
• 1.5 本论文的设计思路及内容23-24
• 第2章 实验方法24-33
• 2.1 引言24
• 2.2 材料、试剂及仪器设备24-26
• 2.2.1 实验材料24-25
• 2.2.2 实验仪器设备25-26
• 2.3 无空穴传输层介观PSCs的制备工艺流程26-30
• 2.3.1 导电玻璃的预处理26
• 2.3.2 TiO_2致密层前驱体溶液的制备26-27
• 2.3.3 TiO_2介孔层浆料的制备27-28
• 2.3.4 CH_3NH_3PbI_3钙钛矿的制备28
• 2.3.5 电池的组装28-30
• 2.4 PSCs的结构与性能表征30-32
• 2.4.1 X射线衍射(XRD)分析30-31
• 2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)分析31
• 2.4.3 光电流密度-电压(J-V)特性曲线31
• 2.4.4 紫外-可见吸收光谱 (UV-vis absorption specturm)分析31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 第3章 致密层电阻对PSCs性能的影响33-39
• 3.1 引言33
• 3.2 不同致密层电阻PSCs的制备33-34
• 3.3 结果与讨论34-38
• 3.3.1 X射线衍射(XRD)分析34-35
• 3.3.2 表面形貌分析35-37
• 3.3.3 PSCs的光伏性能分析37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第4章 PbI_2浓度和浸泡时间对PSCs性能的影响39-47
• 4.1 引言39
• 4.2 PbI_2不同浓度和浸泡时间PSCs的制备39-40
• 4.3 结果与讨论40-46
• 4.3.1 钙钛矿层的X射线衍射 (XRD)分析40-42
• 4.3.2 钙钛矿层的表面形貌分析42-43
• 4.3.3 PSCs的光伏性能研究43-45
• 4.3.4 钙钛矿层的紫外-可见吸收光谱分析45-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第5章 CH_3NH_3I溶剂对PSCs性能的影响47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 不同溶剂PSCs的制备47-48
• 5.3 结果与讨论48-53
• 5.3.1 钙钛矿层的X射线衍射 (XRD)分析48-49
• 5.3.2 钙钛矿层的表面形貌分析49-50
• 5.3.3 PSCs的光伏性能研究50-52
• 5.3.4 钙钛矿层的紫外-可见吸收光谱分析52
• 5.3.5 钙钛矿层的透射光谱分析52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 总结与展望54-56
• 参考文献56-62
• 致谢62-63
• 攻读硕士期间发表的论文情况63

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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：918419