钙钛矿太阳能电池的界面调控研究

发布时间：2020-06-03 07:09

【摘要】：在众多的光伏器件中,有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells PSCs)具有易溶液法制备和综合成本低等优点,已经成为光伏领域的一颗璀璨新星。在短短几年内,PSCs的光电转换效率已超过22%,优良的性能使其已具有商业化利用的潜力。因此,PSCs被认为有希望实现大规模工业应用。然而,钙钛矿太阳能电池的稳定性仍然不理想,这一点是阻碍其商业化应用的主要瓶颈;如何继续提高效率和改善电池测试中的回滞现象,也是亟待解决的关键问题。本论文研究内容主要集中在钙钛矿太阳能电池的界面调控和改性方面,通过引入有机分子或无机物等界面层来改善钙钛矿太阳能电池的性能,具体内容如下:第一章:首先介绍了有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料及其太阳能电池组成、制备工艺、工作原理和发展历程,然后归纳总结了钙钛矿太阳能电池存在的回滞和稳定性问题及相应的解决策略,最后提出了本论文的选题依据和研究思路。第二章:采用有机酸/胺分子共同调控TiO2/钙钛矿界面,助力钙钛矿太阳能电池的性能提高。6-氨基己酸和正已酸两种分子共同调控TiO2的表面;酸胺的羧基端可以与TiO2牢靠地结合,氨基端与钙钛矿层形成良好接触,从而提高电池效率且减缓回滞,同时,界面憎水性的烷基链可以抵抗水分入侵,进而增强TiO2/钙钛矿界面的稳定性。因此,酸胺修饰协同地增强电池的整体性能。修饰的电池效率高达18.21%且回滞小。此外,电池的稳定性也得到了提升,并且在空气中储存30天后,修饰的电池仍然维持起始效率的70%。第三章:TiO2/钙钛矿界面的精细调控,已使得电池性能得到提升,但因TiO2的电子传输能力较低以及其表面存在缺陷态,限制了电池性能的进一步提高。为了避免这个问题,利用电子传输性能更为优越的ZnO作为电子传输层是一个可靠的策略。然而,ZnO表面呈现碱性且存在氧缺陷,这会导致钙钛矿分解。因此,我们采用了硫脲处理ZnO表面形成的ZnS,并钝化ZnO/戙钛矿的界面,从而实现对界面的调控。ZnO-ZnS表面上的S原子可以与ZnO/钙钛矿界面处的Pb2+离子配位,形成了一个新奇的电子传输通道从而加快电荷提取和减小回滞。更为重要的是,ZnS自身具有的稳定特性提高了整体太阳能电池的稳定性。最后,我们利用ZnO-ZnS作为电子传输层获得了高效稳定的电池;电池的效率超过20.17%。第四章:终章先归纳总结了本论文的研究内容,然后预测了钙钛矿太阳能电池的发展趋势,并对未来的研究提出了一些展望。
【图文】：

容忍因子,钛矿,正置,离子半径

钙钛矿太阳能电池［ｍ９］的加工方式和制备工艺具有差异，常见的钙钛矿太阳逡逑能电池的结构主要分为正置（ｎ－ｉ－ｐ）和倒置（ｐ－ｉ－ｎ）型。根据电池是否米用介孔骨架，，逡逑细分为：正置介孔型、正置平板型、倒置平板型和倒置介孔型（图１－３）。正置型逡逑结构的具体组成包括：ｇｌａｓｓ／ＦＴ０层、ＥＴＬ层、ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ层、ＨＴＬ层和金电极等逡逑六部分（图ｌ－４ａ）。逡逑３逡逑

电池,钙钛矿,涂覆法,两步法

钙钛矿层的制备工艺是整个电池组装过程的核心，高品质的钙钛矿层逡逑是高性能电池的保障。目前的制备工艺包括：一步涂覆法、双源共蒸法、连续法逡逑和蒸汽辅助结晶法等四种方法［２４］（图１－５）。一步涂覆法是直接生成钙钛矿；双源逡逑共蒸法是通过ＣＨ３ＮＨ３Ｉ和气相的碘化铅生成钙钛矿；连续两步法和气体处理法逡逑是先制备好Ｐｂｌ２薄膜，再采用ＣＨ３ＮＨ３Ｉ和溶液或者ＣＨ３ＮＨ３Ｉ和气后处理Ｐｂｌ２得逡逑到钙钛矿薄膜。在实验章节中，我们采用“两步法”制备钙钛矿层。逡逑４逡逑
【学位授予单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】