介孔钙钛矿太阳电池的结构优化和机理研究

发布时间：2017-03-20 12:01

  本文关键词：介孔钙钛矿太阳电池的结构优化和机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在有机/无机杂化钙钛矿太阳电池结构中，TiO2多孔层起着传输电子的重要作用，同时TiO2多孔层的厚度也影响着钙钛矿光敏层的表面覆盖情况，因此TiO2多孔层厚度对钙钛矿太阳电池性能的影响是一个非常值得研究的问题。本论文中，钙钛矿光敏层是采用旋涂浸泡法制作的（即先旋涂PbI2溶液，然后将其浸泡在CH3NH3I的异丙醇溶液中）。该方法中，PbI2溶液的浓度对钙钛矿光敏层的厚度以及钙钛矿光敏层的表面覆盖率有很大的影响，因此PbI2溶液的浓度对钙钛矿太阳电池的影响同样是一个值得研究的问题。本论文的主要内容如下： 1、TiO2多孔层厚度对钙钛矿太阳电池影响的研究，通过I-V、IPCE等测试方法探讨了钙钛矿太阳电池的光伏特性，随着TiO2膜层厚度的增加，光电流增大，光电压降低。通过扫描电子显微镜测量了不同TiO2多孔层的厚度、分析了覆盖在不同TiO2多孔层上的钙钛矿光敏层的表面覆盖情况，随着TiO2膜层厚度的增加，钙钛矿在TiO2表面的覆盖率会下降。通过紫外-可见分光光度计测量了覆盖在不同TiO2多孔层上的钙钛矿光敏层的吸收强度，随着TiO2膜层厚度的增加，覆盖在TiO2多孔层上的钙钛矿光敏层的吸收强度增强。通过瞬态光电压衰减测量了不同TiO2多孔层所制备的太阳电池的载流子衰减寿命， TiO2多孔层过厚时，TiO2/CH3NH3PbI3界面大，使复合大，电压暂态衰减快；而TiO2多孔层过薄时，在TiO2多孔层上面形成的CH3NH3PbI3膜层厚，电子-空穴复合加大，电压暂态衰减也快。通过瞬态光电流衰减测量了不同TiO2多孔层所制备的钙钛矿太阳电池的载流子传输速率，TiO2多孔层过厚时，电子传输距离大，电流暂态衰减慢；而TiO2多孔层过薄时，在TiO2多孔层上面形成的CH3NH3PbI3膜层厚，空穴传输距离大，电流暂态衰减也慢。 结果表明，1:5.5的TiO2浆料(厚度为206nm)所制备器件的光电转换效率最高。即：开路电压Voc为0.97V、短路电流密度Isc为23.1mA/cm2、填充因子FF为66.05、光电转换效率为14.8%、光电压衰减时间为1.71ms、光电流衰减时间为60.0s。 2、PbI2溶液浓度对钙钛矿太阳电池影响的研究，通过I-V、IPCE等测试方法探讨了钙钛矿太阳电池的光伏特性，PbI2溶液浓度对钙钛矿太阳电池的光电压影响很小，而对光电流影响很大。通过扫描电子显微镜测量了不同浓度的PbI2溶液形成的钙钛矿光敏层的表面覆盖情况，随着PbI2溶液浓度的增加，钙钛矿在TiO2表面的覆盖率会增加。通过紫外-可见分光光度计测量了不同浓度的PbI2溶液所形成的的钙钛矿光敏层的吸收率，PbI2溶液浓度大时，所形成的钙钛矿光敏层较好。通过瞬态光电压衰减测量了不同浓度的PbI2溶液所制备的钙钛矿太阳电池的载流子衰减寿命，PbI2溶液浓度过大时，所形成的CH3NH3PbI3膜层较厚，CH3NH3PbI3中的电子-空穴复合加大，电压暂态衰减快；而PbI2溶液浓度过小时，，所形成的CH3NH3PbI3未完全覆盖TiO2膜，使OMeTAD与TiO2接触，漏电，复合大，电压暂态衰减也快。通过瞬态光电流测量了不同浓度的PbI2溶液所制备的钙钛矿太阳电池的载流子传输速率，PbI2溶液浓度过大时，在TiO2表面上所形成的CH3NH3PbI3膜层较厚，传输慢，电流暂态衰减慢；而PbI2溶液浓度过小时，在TiO2多孔层内所形成的CH3NH3PbI3少，传输慢，电流暂态衰减也慢。 结果表明，462mg/ml的PbI2溶液浓度制备出的钙钛矿太阳电池性能最好。即:开路电压Voc为0.99V、短路电流密度Isc为22.9mA/cm2、填充因子FF为58.2、光电转换效率为13.4%、光电压衰减时间为2.83ms、光电流衰减时间为44.5s。
【关键词】：钙钛矿太阳电池 光电转换 TiO2 PbI2 杂化材料
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-13
• 第一章 绪论13-25
• 1.1 太阳电池概述13-14
• 1.2 太阳电池的分类14-18
• 1.2.1 硅太阳电池14-15
• 1.2.2 化合物半导体太阳电池15
• 1.2.3 有机太阳电池15-16
• 1.2.4 硅薄膜太阳电池16-17
• 1.2.5 染料敏化太阳电池17-18
• 1.2.6 无机/有机杂化钙钛矿太阳电池18
• 1.3 无机/有机杂化钙钛矿太阳电池18-23
• 1.3.1 钙钛矿太阳电池的研究进展18-20
• 1.3.2 钙钛矿的结构20-21
• 1.3.3 钙钛矿太阳电池的结构和工作原理21-22
• 1.3.4 钙钛矿太阳电池的性能表征22-23
• 1.4 本文的研究动机及主要内容23-24
• 1.5 本论文的结构安排24-25
• 第二章 钙钛矿太阳电池器件的制备和表征方法25-36
• 2.1 钙钛矿太阳电池器件的制备25-29
• 2.1.1 制备钙钛矿太阳电池所需的药品及仪器25-26
• 2.1.2 制备钙钛矿太阳电池26-29
• 2.2 钙钛矿太阳电池器件的表征手段29-35
• 2.2.1 电化学工作站29-30
• 2.2.2 光伏特性曲线（I-V 曲线）测试30-31
• 2.2.3 瞬态光电流测试系统31
• 2.2.4 瞬态光电压衰减测试31-32
• 2.2.5 场发射扫描电子显微镜(FESEM)32-33
• 2.2.6 紫外-可见分光光度计33-34
• 2.2.7 外量子效率测试系统34-35
• 2.2.8 电化学阻抗测试35
• 2.3 本章小结35-36
• 第三章 不同厚度 TiO_2多孔层对比实验及其结果与讨论36-45
• 3.1 不同厚度 TiO_2多孔层所制备的太阳电池的对比实验36
• 3.2 不同厚度 TiO_2多孔层所制备太阳电池对比实验结果与讨论36-44
• 3.2.1 不同厚度 TiO_2多孔层的扫描电镜分析36-37
• 3.2.2 不同 TiO_2多孔层厚度所制备的太阳电池 I-V 特性分析37-38
• 3.2.3 覆盖在不同厚度 TiO2多孔层上的 CH3NH3PbI3表面的扫描电镜分析38-39
• 3.2.4 覆盖在不同厚度 TiO2多孔层上的 CH3NH3PbI3的紫外可见吸收光谱分析39-40
• 3.2.5 不同厚度 TiO_2多孔层所制备的太阳电池的 IPCE40-41
• 3.2.6 不同TiO_2多孔层厚度所制备的太阳电池的瞬态光电流特性曲线分析41-42
• 3.2.7 不同厚度TiO_2多孔层所制备的太阳电池的瞬态光电压特性曲线分析42-43
• 3.2.8 不同厚度TiO_2多孔层所制备的太阳电池的电化学阻抗谱分析43-44
• 3.3 本章小结44-45
• 第四章 不同浓度 PbI_2溶液所制备的太阳电池对比实验及其结果与讨论45-54
• 4.1 不同浓度 PbI_2溶液所制备的太阳电池的对比实验45
• 4.2 不同浓度 PbI_2溶液所制备的太阳电池对比实验结果与讨论45-53
• 4.2.1 不同浓度 PbI_2溶液所制备的太阳电池 I-V 特性分析45-46
• 4.2.2 不同浓度PbI_2溶液的玻璃片浸泡在CH_3NH_3I溶液中所得到的 CH_3NH_3PbI_3表面扫描电镜分析46-48
• 4.2.3 不同浓度的PbI_2溶液玻璃片浸泡在CH_3NH_3I溶液中所形成的 CH_3NH_3PbI_3的紫外可见吸收光谱分析48-49
• 4.2.4 不同浓度 PbI_2溶液所制备太阳电池的 IPCE 谱分析49-50
• 4.2.5 不同浓度的 PbI_2溶液所制备的太阳电池的瞬态光电流特性曲线分析50-51
• 4.2.6 不同浓度的 PbI_2溶液所制备的太阳电池的瞬态光电压特性曲线分析51-52
• 4.2.7 不同浓度的 PbI_2溶液所制备的太阳电池的电化学阻抗谱分析52-53
• 4.3 本章小结53-54
• 第五章 总结与展望54-56
• 参考文献56-62
• 作者简介62-63
• 致谢63

【参考文献】

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1 孙晓君,蔡伟民,井立强,周德瑞,沈雄飞,王志平;二氧化钛半导体光催化技术研究进展[J];哈尔滨工业大学学报;2001年04期

2 陈炜,孙晓丹,李恒德,翁端;染料敏化太阳能电池的研究进展[J];世界科技研究与发展;2004年05期

  本文关键词：介孔钙钛矿太阳电池的结构优化和机理研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：257710