平面异质结钙钛矿太阳电池的模拟与制备研究

发布时间：2019-07-24 18:48

【摘要】：太阳能光伏以其清洁、环保、取之不尽用之不竭的特点,成为了新能源中最具发展前景的领域。近几年来,钙钛矿太阳电池以其本身良好的性能优势和迅猛的发展速度,成为了新型薄膜太阳电池研究的热点。特别是平面结构的异质结钙钛矿太阳电池,以简单的制备工艺和较高的光电转换效率,成为了新的发展方向。但,钙钛矿太阳电池的稳定性、重现性、大面积制备、环境污染和器件物理机制等方面存在着严重的不足,制约着电池的进一步发展。本论文从平面异质结钙钛矿太阳电池的理论模拟及实验合成制备两个方面入手,对电池的工作机理和材料的性能进行了初步的研究。另外,对铜锌锡硫(CZTS)薄膜材料也进行一定的研究。(1)建立了二维平面异质结电池模型,分别对基于CH3NH3Pb I3的无空穴传输层(HTM)和有HTM的钙钛矿太阳电池进行了模拟,模拟和实验结果能很好的吻合,其具体结论如下:1)对于无HTM电池,效率低主要源于较低的开路电压和较高的长波透射损失;2)钙钛矿吸收层的质量对电池的性能影响很大,载流子扩散长度的增加有助于太阳电池器件的光电转换效率的提高和最佳吸收层的厚度的增加;3)吸收层材料的掺杂浓度和相对介电常数会影响到材料内部电场分布,最终会影响到光生载流子的收集;4)HTM和电子传输层(ETM)的价带和导带能级的高低会影响到载流子的传输,且双层HTM的设计可拓宽HTM材料的选择范围。(2)采用两步法制备了CH3NH3Pb I3钙钛矿薄膜。真空蒸镀制备Pb I2薄膜时,Mo舟加热电流和时间为50A-6min为优,随后在CH3NH3I的异丙醇溶液中的浸泡时间10min最优。CH3NH3Pb I3吸收材料的相转变温度大约为58.9℃,与Pb I2的55.9℃非常接近,而分解温度大约在117℃。Sprio-OMe TAD与Cu I的有机/无机双空穴传输层结构可以和Al电极形成欧姆接触,并降低平面钙钛矿太阳电池的制备成本。(3)采用溶液旋涂法制备了铜锌锡硫薄膜,分析了不同前驱物浓度配比对铜锌锡硫薄膜质量的影响,研究发现Zn/Sn=1.2或1.3,Cu/(Zn+Sn)=0.8或0.9摩尔配比条件下制备出的铜锌锡硫薄膜的质量较好。
【图文】：

1 绪论第一次采用两步沉积法制备出的钙钛矿薄膜太阳电池的效率后 Snaith 小组采用共蒸发的方法制备出了一种全新的平面异质结达到了 15.4%。同年，低温钙钛矿型和柔性钙钛矿太阳电池也取。通过发展致密层低温制备技术以及开发新型的电子收集材料阳电池的转化效率达到了 15.9%。用 ZnO 纳米颗粒作电子输运太阳电池的转化效率达到了 10.2%。2014 年，，钙钛矿太阳电池一个前所未有的高度[14]。韩国 KRICT 研究所在上半年已经将钙化效率提升到了 17.9%。Yang 等通过修饰 TiO2层，使得钙钛矿效率提高到了 19.3%。现在钙钛矿太阳电池的最高转换效率有究所制备得出，通过认证的最高效率为 20.1%。

平面异质结钙钛矿太阳电池的模拟与制备研究

1 绪论间方向上延伸，形成网络状的框架结构，简称卤铅铵[16]。钙钛矿以俄国矿物学 Perovski 的名字命名，具有与 CaTiO3相似立方晶体结构，化学式为 ABX3。A阳离子可以被不同的阳离子替代，同样也可以采用部分的有机物阳离子（例如3NH3+、C2H5NH3+、HC(NH2)2+）替代，从而构成有机无机杂化材料[17]。常见金属阳离子 B 有 Pb+、Sn+、Cu+等，X 通常为卤族元素 Cl-、Br-、I-等。该结构成的材料具有多重特性，例如巨磁阻效应、压电效应、磁电效应、铁磁效应，良好的导电性能确是研究太阳电池中最为看重的[18,19]。
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4

【参考文献】