基于平面异质结钙钛矿太阳能电池的研究

发布时间：2017-10-31 08:33

  本文关键词：基于平面异质结钙钛矿太阳能电池的研究

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【摘要】：近年来,基于CH_3NH_3PbI_3钙钛矿材料以其优良的光学吸收和电荷传导能力而备受关注。基于CH_3NH_3PbI_3的有机无机杂化太阳能电池取得了突破性的进展。本论文针对CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜以及平面结构钙钛矿太阳电池的制备进行了研究,具体内容如下:1、研究了CH_3NH_3PbI_3钙钛矿薄膜的制备。考察了旋涂方式、浓度以及旋涂速度对钙钛矿形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)等手段对钙钛矿成膜条件进行优化。结果表明:两步法制备的钙钛矿薄膜与一步法相比更加致密与均一。当PbI_2与CH_3NH_3I溶液浓度分别为462 mg/mL和38 mg/ml、旋涂速度为6000r/20s时成膜形貌最佳。2、研究了CH_3NH_3PbI_3/PCBM平面异质结太阳能电池的制备与性能。制备了ITO/PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbI_3/PCBM/LiF/Al结构的电池器件。通过两步旋涂法制备CH_3NH_3PbI_3薄膜,考察了PCBM层及LiF层厚度对器件的光电性能的影响。结果表明当PCBM与LiF的厚度分别为80 nm和0.6 nm时,电池性能最优。短路电流为J_(SC)=10.74mA/cm~2,开路电压V_(OC)=0.71 V,填充因子FF=0.48,光电转化效率PCE=3.64%。3、研究了CH_3NH_3PbI_3/P3HT:PCBM串联结构太阳能电池性能。首先,我们选择将钙钛矿CH_3NH_3PbI_3作为添加剂与P3HT:PCBM体系结合,制备ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:CH_3NH_3PbI_3/Al结构的电池器件并与不加添加剂的传统结构太阳能电池相比较,最终发现钙钛矿添加剂的加入提高器件的短路电流。在此基础上,我们通过两步旋涂法构建结构为ITO/PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbI_3/P3HT:PCBM/Al的串联器件。经过优化器件的短路电流可达J_(SC)=19.14 mA/cm~2,开路电压V_(OC)=0.76 V,填充因子FF=0.45,电池光电转化效率PCE=6.54%。
【关键词】：钙钛矿 两步法 平面异质结 光电转化效率
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 有机铅卤钙钛矿简介10-12
• 1.2.1 钙钛矿物理结构10-11
• 1.2.2 有机铅卤钙钛矿材料光学特性11-12
• 1.3 有机铅卤钙钛矿薄膜制备常用方法简介12-14
• 1.3.1 一步旋涂法12
• 1.3.2 连续沉积法12-13
• 1.3.3 两步旋涂法13
• 1.3.4 气相沉积法13-14
• 1.4 钙钛矿太阳能电池(PSC)结构14-18
• 1.4.1 平面异质结钙钛矿太阳能电池14-16
• 1.4.2 介孔结构钙钛矿太阳能电池16-18
• 1.5 钙钛矿太阳电池发展与存在问题18-19
• 1.6 本论文设计思路及主要内容19-21
• 第二章 钙钛矿薄膜成膜条件探究21-30
• 2.1 前言21
• 2.2 实验部分21-22
• 2.2.1 药品与材料21
• 2.2.2 仪器与设备21-22
• 2.2.3 有机铅卤钙钛矿CH_3NH_3PbI_3的合成22
• 2.2.4 有机铅卤钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜的制备22
• 2.3 实验结果与讨论22-29
• 2.3.1 一步旋涂法制备钙钛矿薄膜22-25
• 2.3.2 两步旋涂法制备钙钛矿薄膜25-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 CH_3NH_3PbI_3 /PCBM平面太阳能电池制备30-37
• 3.1 前言30-31
• 3.2 实验部分31-32
• 3.2.1 药品与材料31
• 3.2.2 仪器与设备31
• 3.2.3 器件制备工艺31-32
• 3.3 实验结果与讨论32-36
• 3.3.1 不同厚度PCBM对器件性能的影响32-33
• 3.3.2 LiF阴极修饰对器件性能的影响33-34
• 3.3.3 器件各层薄膜AFM图分析34-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第四章 CH_3NH_3PbI_3 /P3HT:PCBM结构太阳能电池制备37-47
• 4.1 前言37-38
• 4.2 实验部分38-39
• 4.2.1 药品与材料38
• 4.2.2 仪器与设备38
• 4.2.3 器件制备工艺38-39
• 4.2.4 器件性能测试39
• 4.3 实验结果与讨论39-46
• 4.3.1 钙钛矿添加剂器件的性能测试与分析39-42
• 4.3.2 串联器件的性能测试与分析42-46
• 4.4 本章小结46-47
• 第五章 全文总结与展望47-49
• 5.1 全文总结47-48
• 5.2 展望48-49
• 参考文献49-54
• 发表论文和科研情况说明54-55
• 致谢55-56

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 Wen-Hua Zhang;Bing Cai;;Organolead halide perovskites:a family of promising semiconductor materials for solar cells[J];Chinese Science Bulletin;2014年18期

2 和平;李在房;侯秋飞;王艳玲;;苯并噻二唑类有机太阳能电池材料研究进展[J];有机化学;2013年02期

3 何俊杰;陈舒欣;王婷婷;曾和平;;有机染料敏化剂分子设计新进展[J];有机化学;2012年03期

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本文编号：1121600