喷墨打印银纳米线的制备及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
发布时间：2020-03-22 21:13
【摘要】：透明导电电极因其透明度高、电导率好而广泛应用于光伏器件、触摸屏、液晶显示器(LCDs)、有机发光二极管(OLEDs)等。氧化铟锡(ITO)是目前在光电器件中应用最为广泛的一类电极材料,但因其价格高,铟资源短缺以及脆性等因素而急需替代。光伏器件的顶电极多采用真空蒸镀的方法制备,这种镀膜的方法所使用的设备昂贵,制备器件耗时,而且会造成材料的浪费,这在很大程度上提高了光伏器件的成本。全溶液法制备光伏器件有很大前景:一是会降低材料浪费从而降低材料成本,二是工艺简单,三是可实现大面积制备。而印刷电极则是实现全溶液法制备光伏器件的关键技术。银纳米线透明导电薄膜与ITO等其它透明电极在相同透光率的情况下可以保持方阻最低,弯折性能优异,且具有成本优势,所以被认为是最有潜力的下一代透明电极。本论文以实现喷墨打印制备银纳米线作为钙钛矿光伏电池的透明电极为目标,优化喷墨打印工艺制备高透高导银纳米线透明导电薄膜并将其用于钙钛矿太阳能电池。具体包括以下两个方面系统的开展研究内容:(1)喷墨打印银纳米线的制备及其在半透明钙钛矿太阳能电池中的应用。首先,对银纳米线的尺寸、墨水溶剂及浓度进行了筛选,随后对喷墨打印的脉冲波形,点间距以及基底加热温度等参数进行了工艺的优化,最后将最优墨水确定为:异丙醇溶剂的银纳米线,直径为35 nm,长度为20μm,浓度为1mg/m L。打印点间距为60μm,基底加热温度为40℃。在上述结果的基础上对喷墨打印制备的银纳米线透明薄膜的电导率、透过性及墨水对器件薄膜的影响进行了系统研究,最后在半透明钙钛矿太阳能电池上层印刷制备银纳米线电极。研究结果表明,印刷制备银线顶电极的过程中界面层起到至关重要的作用,当将银纳米线直接打印在富勒烯电子传输层(PC61BM)上时,由于溶剂侵蚀作用,银离子会和钙钛矿中的卤素离子发生反应,从而使器件效率很低。而在PC61BM传输层上引入一层阴极界面修饰层聚乙酰亚胺(PEI),可有效降低PC61BM与银纳米线电极间的注入势垒,更重要的是,PEI会抑制打印过程中下层薄膜对银纳米线的化学腐蚀,因而大幅度的改善了器件性能和稳定性,最终获得了效率为14.2%,可见光范围内透过率为21.2%的半透明钙钛矿电池。(2)喷墨打印银纳米线底电极的制备及其在柔性钙钛矿太阳能电池中的应用。本文分别在柔性以及刚性基底上制备了银纳米线电极,并对不同打印参数下的电极进行了表征,选择了最优的银纳米线透明导电薄膜。为了改善银纳米线的粗糙度并抑制卤素离子与银纳米线的反应,分别选择了m-PH1000(modified-PEDOT:PSS Clevious PVP AI PH1000)和m-FCE(modified-PEDOT:PSS Clevious PVP AI FCE)修饰银纳米线,该层的引入极大的提升了柔性钙钛矿太阳能的性能,最终获得的光电转换效率为13%,在此基础上,底电极和顶电极全部采用喷墨打印的方法制备了柔性钙钛矿太阳能电池,真正意义上实现了全溶液法制备钙钛矿太阳能电池,最终获得了10.4%的光电转换效率。
【图文】：
作为物理参数来比较。为了定义 I-V 特性曲线的相关方程，我路。最简单的描述即是理想状态下，太阳能电池等效为一个非对称非线性的电阻元件即理想二极管。然而，，在实际情况若干因素而损失，如半导体与金属电极的接触会导致连接处电件的边缘部分会导致电流的泄漏，缺陷也会致使电流的泄漏针孔缺陷的形成。这两种影响可分别用寄生电阻来表示：串联阻 Rsh。图 1.1 (a)和 1.1 (b)分别是理想太阳能电池的等效电路等效电路。故而 Jsc 方程可以表示为( )0h( ) sc ( 1)e V JARsKbTSV JARsJ V J J eAR 表器件活性区域的面积。从这里可以看出，若 Rs h 1， Rs 得到理想太阳能电池的方程：0( ) sc ( 1)eVKbTJ V J J e
图 1.2 (a) 钙钛矿太阳能电池的 I-V 输出特性曲线(b) 光照下 J-V 曲线上光致电流诱导下暗态特性转移示意图Figure 1.2 (a) I-V characteristic curve of a well performing solar cell. (b) Schematics of the shiftfrom the dark characteristic induced by the photogenerated current on the J-V curve underillumanation1.3 钙钛矿太阳能电池的特点与研究进展PSCs 用的钙钛矿型材料，其结构简式为 ABX3，A是有机阳离子如：CH3NH3+(MA+)或者 NH2CHNH2+(FA2+)，B 代表 Pb2+或者 Sn2+，X 是卤素离子：Cl-，Br-或者 I-）。这些吸光层具备很多优异的性能，如带隙可调，吸光系数高，载流子扩散速度快扩散距离长，可溶液加工，成本低等。所有这些优异的性能使这种材料有希望实现制备低成本高效的钙钛矿太阳能电池。有机无机杂化铅卤钙
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
本文编号：2595631
【图文】：
作为物理参数来比较。为了定义 I-V 特性曲线的相关方程，我路。最简单的描述即是理想状态下，太阳能电池等效为一个非对称非线性的电阻元件即理想二极管。然而，，在实际情况若干因素而损失，如半导体与金属电极的接触会导致连接处电件的边缘部分会导致电流的泄漏，缺陷也会致使电流的泄漏针孔缺陷的形成。这两种影响可分别用寄生电阻来表示：串联阻 Rsh。图 1.1 (a)和 1.1 (b)分别是理想太阳能电池的等效电路等效电路。故而 Jsc 方程可以表示为( )0h( ) sc ( 1)e V JARsKbTSV JARsJ V J J eAR 表器件活性区域的面积。从这里可以看出，若 Rs h 1， Rs 得到理想太阳能电池的方程：0( ) sc ( 1)eVKbTJ V J J e
图 1.2 (a) 钙钛矿太阳能电池的 I-V 输出特性曲线(b) 光照下 J-V 曲线上光致电流诱导下暗态特性转移示意图Figure 1.2 (a) I-V characteristic curve of a well performing solar cell. (b) Schematics of the shiftfrom the dark characteristic induced by the photogenerated current on the J-V curve underillumanation1.3 钙钛矿太阳能电池的特点与研究进展PSCs 用的钙钛矿型材料，其结构简式为 ABX3，A是有机阳离子如：CH3NH3+(MA+)或者 NH2CHNH2+(FA2+)，B 代表 Pb2+或者 Sn2+，X 是卤素离子：Cl-，Br-或者 I-）。这些吸光层具备很多优异的性能，如带隙可调，吸光系数高，载流子扩散速度快扩散距离长，可溶液加工，成本低等。所有这些优异的性能使这种材料有希望实现制备低成本高效的钙钛矿太阳能电池。有机无机杂化铅卤钙
【学位授予单位】：上海大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【参考文献】
相关期刊论文 前2条
1 张伟;;喷墨打印技术的发展现状[J];染料与染色;2005年06期
2 倪萌,M K Leung,K Sumathy;太阳能电池研究的新进展[J];可再生能源;2004年02期
本文编号：2595631
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2595631.html
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