脉冲激光沉积技术在有机钙钛矿太阳能电池中的应用

发布时间：2020-04-09 19:29

【摘要】：近几年,有机钙钛矿材料由于其适宜的带宽、低激子结合能、高光吸收系数、宽吸收光谱、高载流子迁移率和较长的载流子扩散长度等优点,已经成为了太阳能电池领域的研究热门。这种电池不仅制作成本低廉,而且光电转化效率较高,具有很高研究前景与应用价值。但是由于有机钙钛矿材料本身的不稳定性导致了这类电池在应用上产生了瓶颈。本论文主要结合脉冲激光沉积(Pulse Laser Deposition)技术制备了大晶粒高稳定的有机钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜和应用于有机钙钛矿太阳能电池的超薄TiO_2致密电子传输层。主要内容安排如下:第一章,主要介绍本研究工作的相关背景知识:有机钙钛矿太阳能电池的发展历程与工作原理。第二章,简要介绍了脉冲激光沉积技术、有机钙钛矿太阳能电池各层的常见薄膜制备方法以及所使用的测量仪器与表征方法。第三章,主要研究了提高有机钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜的稳定性。有机钙钛矿材料CH_3NH_3PbI_3极易遇水分解,在空气中极不稳定。我们通过使用脉冲激光沉积技术与气氛反应的方法,制备了大粒径的CH_3NH_3PbI_3薄膜,抑制了空气中水气对薄膜的破坏,显著地提高了CH_3NH_3PbI_3薄膜对水气的抵抗力。第四章,主要研究了使用脉冲激光沉积技术代替旋涂法制备超薄的有机钙钛矿太阳能电池TiO_2致密电子传输层。使用脉冲激光沉积技术制备的TiO_2致密层的电池可以达到旋涂法制备的电池的效率,并且相比于旋涂法更有利于TiO_2致密层大面积制备。第五章,本论文的简要总结,以及对下一步工作的展望。
【图文】：

太阳能电池,最高效率

自进入二十世纪以来，随着生产力的发展与社会文明的进步，不可再生的传统化石燃料已经无法满足日益增长的能源需求。并且化石燃料的大量使用带来的环境污染与气候问题也迫使人类去寻找可再生的清洁能源。根据世界卫生组织（WHO）的统计，目前每年全世界由于气候问题直接和间接导致的死亡人数大约为 16 万人，这一数字到2020 年将翻倍，同时也会产生大量的经济损失[1]。目前，常用的清洁能源主要包括风能、核能、潮汐能和太阳能等。相比于其他几种清洁能源，太阳能的来源最为丰富：经估算，一分钟照射在地球表面的太阳能的总和能够满足人类一年的能量需求[2]，并且还具有可再生、无污染、不受地理限制等优点，所以广受世界关注和研究。太阳能电池作为太阳能利用领域的基本器件，其作用为将太阳能直接转化成电能。自 1839 年法国科学家 Becquerel 发现光伏效应，太阳能电池已经发展至第三代。目前的太阳能电池技术主要有晶体硅太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅和非晶硅；薄膜太阳能电池，如碲化镉电池；砷化镓电池；有机/无机太阳能电池；染料敏化太阳能电池；钙钛矿太阳能电池；等等。其中最早发展的单晶硅电池被称为第一代太阳能电池；基于薄膜技术的薄膜太阳能电池被称为第二代太阳能电池；此后，以有机小分子电池、染料敏化电池等为代表的柔性太阳能电池被称为第三代太阳能电池。

晶格结构,钙钛矿

载流子迁移率，有效的减少内部载流子在运输过程丰富廉价，环境友好，并且非常稳定。备，易于加工。太阳能电池介绍：现于无机矿物钛酸钙(CaTiO3) ，，为立方体晶格结图 1.2 所示，在钙钛矿的晶格结构中，阳离子 A+位在八个立方体，这些立方体的中心为阳离子 B+，阴位置与 B 位置可以适用于不同化学价和离子半径的电池，A 位置通常为较小的有机阳离子，比如甲胺、甲醚离子 HC(NH2)2+等；B 位置选择二价的金属阳位置主要为卤族阴离子 Cl-、Br-、I-[17]。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】