钙钛矿薄膜的制备及性能表征

发布时间：2017-03-19 00:04

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【摘要】：近年来雾霾已经成为全国人民都在关心、讨论的话题,然而迫于发展的压力,我们并没有把雾霾的治理提上日程,纪录片《穹顶之下》的播出再次为我们敲响了警钟。受限于传统矿物能源的不可再生性、“三废”排放对于自然环境的破坏,人们将目光转向更为清洁、产能更高的新型能源,此时取之不尽、用之不竭的太阳能作为一种新型能源脱颖而出。太阳能的主要用途是将光能转化成电能,又叫做光伏发电。目前,硅太阳能电池是使用范围最广的一种太阳能电池,它的最高转化效率已经达到25%左右。然而无论是单晶还是薄膜型硅太阳能电池的投入成本都要比传统能源高出很多。在太阳能电池的家族中又出现了一个新竞争者——有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池,而且它的效率在短短几年的时间内就有了突飞猛进的提高。 本课题重点研究了以TiO2作为电子传输层,对比以PbI2和PbCl2两种不同铅源材料复合出的钙钛矿薄膜的结构和性能,并探讨了其对电池效率的影响;其次,研究了以ZnO纳米棒作为电子传输层的钙钛矿薄膜的制备,分析了影响钙钛矿均匀成膜的因素,并探讨了纳米棒制备过程中复合多巴胺对钙钛矿形貌及电池性能的影响。 主要的研究内容包括以下两个方面： (一)TiO2作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池性能研究。采用旋涂致密TiO2层、丝网印刷介孔TiO2层和连续沉积法制备CH3NH3PbI3和CH3NH3PbIxCl3-x钙钛矿薄膜,以spiro-OMe-TAD作为空穴传输层,以蒸镀银作为对电极。最后分别得到了FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMe-TAD/Ag的结构电池和FTO/TiO2/CH3NH3PbIxCl3-x/Spiro-OMe-TAD/Ag的结构电池。使用SEM、XRD、PL和UV-Vis等测试技术对复合电极的结构及性能进行了表征及测试,并探讨了其对电池效率的影响。 (二)ZnO纳米棒作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池性能研究。采用旋涂法制备ZnO种子层、水热法生长ZnO纳米棒和连续沉积法制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,以spiro-OMe-TAD作为空穴传输层,以蒸镀银作为对电极,制备了电池。同时探讨了纳米棒制备过程中复合多巴胺对钙钛矿形貌的影响,并从转速、浓度、蘸时、温度等几个方面分析了影响钙钛矿成膜的因素及成膜完整程度对电池性能的影响。
【关键词】：太阳能电池 TiO_2 ZnO 多巴胺 钙钛矿
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-9
• 目录9-11
• 1 绪论11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 钙钛矿太阳能电池的发展12-13
• 1.3 钙钛矿型有机-无机杂化物简介13-14
• 1.4 钙钛矿太阳能电池性能参数14-16
• 1.5 钙钛矿太阳能电池工作原理16-17
• 1.6 主要研究内容及意义17-20
• 2 以TiO_2为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备及研究20-35
• 2.1 引言20
• 2.2 实验试剂及仪器20-22
• 2.2.1 主要试剂20-21
• 2.2.2 导电基底21
• 2.2.3 实验条件21
• 2.2.4 实验仪器与设备21-22
• 2.3 实验部分22-26
• 2.3.1 基片的刻蚀与清洗22-23
• 2.3.2 致密TiO_2层的制备23-24
• 2.3.3 介孔TiO_2层的制备24
• 2.3.4 杂化钙钛矿膜的制备24-25
• 2.3.5 空穴传输层的旋涂25-26
• 2.3.6 蒸镀对电极及效率的测试26
• 2.4 表征及测试26-34
• 2.4.1 致密TiO_2层的表征(SEM、XRD)26-27
• 2.4.2 钙钛矿膜的结构和形貌分析(SEM、XRD)27-30
• 2.4.3 紫外-可见吸收光谱分析(UV-Vis)30
• 2.4.4 发射光谱(PL)30-32
• 2.4.5 J-V曲线测试32-34
• 2.5 小结34-35
• 3 以ZnO为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备及研究35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 实验试剂及仪器35-37
• 3.2.1 主要试剂35-36
• 3.2.2 导电基底36
• 3.2.3 实验条件36
• 3.2.4 实验仪器与设备36-37
• 3.3 实验部分37-40
• 3.3.1 基片的清洗38
• 3.3.2 ZnO种子层的制备38
• 3.3.3 ZnO纳米棒的制备(部分浸泡多巴胺)38-39
• 3.3.4 杂化钙钛矿膜的制备39
• 3.3.5 空穴传输层的旋涂39-40
• 3.3.6 蒸镀对电极及效率的测试40
• 3.4 表征及测试40-54
• 3.4.1 ZnO种子层的表征40
• 3.4.2 ZnO纳米棒的制备(浸泡多巴胺)40-42
• 3.4.3 紫外-可见吸收光谱分析(UV-Vis)42-43
• 3.4.4 形貌表征(钙钛矿)43-44
• 3.4.5 分析制备钙钛矿膜的最优条件44-53
• 3.4.6 J-V曲线测试53-54
• 3.5 小结54-55
• 4 结论与展望55-57
• 参考文献57-62
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果62-64
• 学位论文数据集64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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本文编号：255215