PCBM对提高钙钛矿太阳能电池性能的作用

发布时间：2020-03-25 17:49

【摘要】：作为第三代新型薄膜太阳能电池,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池凭借其工作效率高、工艺简单、制作成本低等优点,引起了人们的广泛关注。但是,这类电池依然普遍存在一些问题:比如器件稳定性不高、滞后效应大(滞后效应是指在电池的J-V测试过程中,不同的扫描方向使得电池的J-V曲线存在差异)......。解决上述存在的问题,并提高电池工作效率的主要方法有:1、利用界面修饰,提高界面处载流子的传输速率,来改善电池的光电性能;2、在活性层中掺杂,调控钙钛矿薄膜的形貌,达到改变电池光电性能的目的。本论文集中于向n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池中引入一种富勒烯衍生物—PCBM材料,钝化钙钛矿功能层内和界面处的缺陷,提高电池器件的光电转换效率,主要工作如下:(1)引入PCBM界面修饰层,对电子传输层/钙钛矿层处的界面进行修饰,来提高电池器件的光电性能。制备方法是在氧化钛层上旋涂含PCBM的氯苯溶液,其溶液浓度为10 mg/ml。界面修饰的原理:其一,PCBM作为优异的电子传输层材料,本身具有很强的电子传输性能,它作为界面修饰层时,可以促进电子在该界面处的传输,从而改善电池的光电性能;其二,在电池结构中,电子传输层Ti02的表面存在大量氧空位,它们在载流子传输过程中会作为缺陷俘获载流子,形成电池的滞后效应,PCBM界面修饰层能够钝化这些界面缺陷,降低界面处电荷的俘获机率。测量中,我们首次利用电极瞬间放电和瞬态开路电压测量相结合的方法研究表明界面修饰能够钝化电子传输层上的缺陷,减小电池的滞后效应。(2)界面修饰并不能完全消除电池的滞后效应,于是我们将PCBM材料掺杂到电池器件的光电功能层中,研究晶界缝隙对电池性能的影响。实验结果表明活性层中掺杂PCBM,能提高钙钛矿薄膜的致密性,优化电池的光电性能。在活性层中掺杂少量的PCBM后,电池的光电转换效率、填充因子均有所提高,电池的滞后效应也有明显的改善。电池光电性能的提高主要归功于钙钛矿薄膜质量和性能的改变。测试结果表明掺杂少量的PCBM会提高钙钛矿薄膜的电子传输性能,同时活性层中少量的PCBM颗粒能够填充钙钛矿晶粒缝隙,减少钙钛矿内部由致密性形成的电子俘获陷阱,降低载流子复合机率。
【图文】：

吸收光谱,钙钛矿,晶体结构

和Ｂ都代表阳离子，Ｘ代表阴离子，这两个阳离子和一个阴离子之间通过化学键逡逑相互作用，，形成了一个长程有序的面心－体心四方晶体结构，与ＣａＴｉＣｂ的晶体结构逡逑相同，如图１．１所示。这种结构让钙钛矿材料具备了许多特殊的性质，比如吸光性、逡逑电催化性、以及激子束缚能小、材料介电常数大、吸光系数高、吸收光谱宽等等，逡逑这些性质使得钙钛矿在物理和化学领域都有很大的应用空间。逡逑钙钛矿晶体的结构特征受到容忍因子（／）和八面体因子（＂）影响，因此它对逡逑离子的大小有严格的要求［１７］。其中：逡逑ｔ邋＝邋（Ｒａ邋＋邋Ｒｂ）丨迟（Ｒｂ邋＋邋Ｄ逦（１－１）逡逑ＪＵ邋＝邋ＲＢ／ＲＸ逦（１－２）逡逑Ａ、办、办分别表示Ａ、Ｂ、Ｘ离子的半径［１８］。当＾和厂分别在０．８１？１．１１和逡逑０．４４？０．９０范围内时，钙钛矿晶体为正八面体结构，此时，若０．８９＜Ｋｌ．１０，是标准逡逑的立方结构，而且随着？的偏离会使晶体逐渐转变为斜方晶系［１９］。太阳能电池中常逡逑用的邋ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３材料，已知剔＝１８０ｐｍ，尺ｗ＝１１９ｐｍ，逦产２２０ｐｍ，带入（１－１）逡逑和（１－２）公式得／＝０．８３４，邋；／＝０．５４１，所以室温下ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３为不规则的三维结构。逡逑＃逡逑图１．１钙钛矿材料的晶体结构逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ．逡逑钙钛矿材料分为两大类：一类是无机钙钛矿材料，另一类是有机－无机杂化的逡逑钙钛矿材料。其中

介孔结构,电池,太阳能电池,钙钛矿

ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ，邋（ｃ）邋Ｔｈｅ邋ｐ－ｉ－ｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ．逡逑１．３．４钙钛矿太阳能电池的工作原理逡逑以ｎ－ｉ－ｐ结构的电池为例，描述电池的光电转换过程，如图１．３所示，它主要逡逑包括四个过程：逡逑（１）
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】