平面异质结型钙钛矿太阳能电池的电子传输层制备及性能研究

发布时间：2020-06-09 15:46

【摘要】：为了应对能源危机等问题,人类一直在寻求一种可以代替传统能源的新能源。太阳光是一种无穷无尽的可再生能源,太阳能电池作为有效利用太阳光的佼佼者而深受瞩目。以钙钛矿作为光吸收材料的光伏器件在近几年成为研究热点,钙钛矿太阳能电池的结构一般为导电玻璃/电子传输层/光吸收层/空穴传输层/金属电极。其中电子传输层的作用是将钙钛矿活性层中光伏效应产生的光生电子传导到导电玻璃,阻挡空穴传输进而防止电子-空穴复合等,并且作为钙钛矿生长的载体。本文对电子传输层的制备工艺进行了详细的研究和讨论。1.研究了不同的钙钛矿前驱体溶液的溶剂比例对光吸收层以及电池性能的影响。分别使用N-N二甲基甲酰胺(DMF):二甲基亚砜(DMSO)的体积比例为7:3以及9:1的比例配置溶剂。分别使用不同溶剂进行旋涂制备出钙钛矿活性层。对制备而成的钙钛矿活性层进行表征,并组装成太阳能电池器件,能量转化效率达到了11.50%。2.对钙钛矿太阳能电池的电子传输层制备工艺进行了详细的研究,讨论了两种不同方法制备TiO_2电子传输层对电池性能的影响。分别采用了乙酰丙酮钛旋涂制备的方法和钛酸丁酯旋涂并用四氯化钛溶液后处理两种方法。研究表明,乙酰丙酮钛旋涂制备法更佳,制备TiO_2电子传输层的最佳前驱液为1.5mol/L的乙酰丙酮钛溶液。在此基础上提出醋酸腐蚀TiO_2致密层表面的方法。使用这种方法制备出的TiO_2电子传输层表面更粗糙,便于与钙钛矿进行贴合。研究了采用这种工艺制备的钙钛矿太阳能电池,腐蚀时间对太阳能电池性能的影响。最终制备出的太阳能电池效率最高达到了13.23%。3.在传统钙钛矿太阳能电池工艺中,钙钛矿活性层与致密TiO_2往往无法完美结合,导致界面出现很多孔洞,这些缺陷对于电子传输会形成很大的阻碍,进而影响器件性能。对此,我们使用离子吸附的方法引入了一层超薄的Ba TiO_3附着于致密TiO_2层表面。Ba TiO_3具有与CH_3NH_3Pb I_3材料相似的晶体结构,可以诱导钙钛矿材料的晶体生长,并使其生长过程更为稳定。通过XPS测试表征了TiO_2层表面的BaTi O_3,对钙钛矿活性层进行了SEM观察。研究表明改善后的钙钛矿活性层晶体质量提升,晶界减少而且晶粒尺寸增大。通过将离子吸附次数研究其对钙钛矿太阳能电池性能的影响。结果表明最佳次数为3次,相应的钙钛矿太阳能电池的效率达到了16.15%。
【图文】：

太阳能电池光伏效应原理

三代太阳能电池分类
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】

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本文编号：2704905