水滑石热解产物在钙钛矿太阳能电池中的应用

发布时间：2020-07-13 19:25

【摘要】：随着世界经济的发展和人口的增长,煤炭,石油,天然气等常规化石燃料已经枯竭并将耗尽,并造成严重的环境问题。因此,新的可再生能源将会是世界未来发展的趋势,太阳能无疑是最好的选择,对于太阳能电池研究一直是能源研究领域的研究热点。钙钛矿太阳能电池(PSCs)是一种新型有机-无机复合薄膜太阳能电池,近年来已经达到22%能量转换效率,并且可望成为下一代清洁能源。然而,这种太阳能电池材料的稳定性已成为制约其进一步应用的瓶颈。能源工作者已经进行了各种研究来提高钙钛矿的稳定性。本论文目的是通过一步溶剂法和两步沉积法制备以TiO2为电子传输层的钙钛矿型太阳能电池,通过比较钙钛矿的结构和性能,对制备好的工艺进行了优化,并讨论了电池效率的影响因素。此外,Zn-Al层状双氢氧化物(LDHs)的热解产物被用作MAPbI3钙钛矿太阳能电池中的电子传输层。系统研究了 Zn-Al LDHs热解产物的结构,形貌和光电效应,并讨论了其结构与性能的关系。主要内容可概括如下:(a)为了提高太阳能电池的光电效率,需要找到合适的方法来制备钙钛矿层。首先是将钛酸四异丙酯水解并旋涂到FTO玻璃上形成致密TiO2层,旋涂介孔TiO2作为装载MAPbI3的支架层,并将商业碳浆用作对电极。太阳能电池基本结构是FTO/致密TiO2/meso-TiO2/MAPbI3/Carbon,MAPbI3层分别采用一步法和两步法制备。比较不同MAPbI3负载方法的太阳能电池的结构,形态和光伏效应。我们发现采用一步法制备的钙钛矿太阳能电池,效率为1.28%,但两步法太阳能电池的效率达到6.62%,可以得出两步法优于一步法用于太阳能电池。(b)制备了Zn-Al MMO纳米片作为电子传输层的MAPbI3钙钛矿太阳能电池的光伏性能,并进行了系统研究。通过水热法制备Zn-AlLDHs并用作致密层,然后通过两步沉积法将MAPbI3钙钛矿涂覆在介孔TiO2层上,将碳电极用作对电极。此外,同时探讨了不同的硝酸锌和硝酸铝的比例和高温烧结后,得到复合金属氧化物。探讨其作为电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响。最终发现在500℃和600℃高温热解下,锌铝摩尔比为5时,电池器件的最佳效率为6.60%。是迄今已报道Zn-Al MMO作为PSCs中的电子传输材料获得了最高的效率。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

钙钛矿太阳能电池的结构分为几个部分：钙钛矿层、电子传输层（ＥＴＭ）、空穴逡逑传输层（ＨＴＭ）、阴极、阳极。逡逑其结构如图１．２所示。逡逑—逡逑空穴传输层逡逑５警银翁＇吸收层逦－７邋＂逡逑电子传输层逡逑酿逡逑逦逡逑图１．２钙钛矿太阳能电池结构示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ａ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌ逡逑钙钛矿层作为光吸收层，其具有类似半导体的能量带隙，吸收合适光子能量逡逑３逡逑

失去一部分电子而产生空穴，空穴会注入到空穴传输层材料的能级中［１０＂１２］；邋５．载逡逑流子被对应的电极所采集。电子被阴极材料采集，空穴被阳极材料采集。其过程逡逑如图１．３所示。逡逑传输逡逑ｉ邋｜逦￣逡逑电子逦———逦／邋ｈ＋＂逡逑传输逡逑Ｌ—ｊ邋Ｉ邋层｜｜邋…二逡逑图１．３钙钛矿电荷迁移过程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．３邋Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋Ｃｈａｒｇｅ邋Ｔｒａｎｓｆｅｒ邋Ｐｒｏｃｅｓｓ逡逑１．２．２钙钛矿太阳能电池的制备方法逡逑（１）钙钛矿层逡逑钙钛矿层即光活性层，钙钛矿型晶体在衬底表面的生长情况，其晶形的完整逡逑程度，层表面的均匀性等都会影响层吸收光性能的好坏。常用的有机－无机杂化逡逑钙钛矿材料如ＡＰｂＸ３（Ａ＝ＦＡ、ＭＡ，Ｘ＝Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）。在分子层面上，ＰｂＩ２能与ＣＨ３ＮＨ３Ｉ逡逑能够通过分子自发反应在常温下而迅速反应生成ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３晶体％。钙钛矿层逡逑４逡逑

固体升华的气体，扩散在基底上发生了自发是化学反应在形成钙钛矿薄膜。但是逡逑这种方法需要设备的支持，因此一般实验室中用到到相对较少。其装置逡逑不意如图１．４所不。逡逑ｖ邋ｙ邋ｖ邋３逡逑Ｏｒｇａｎｉｃ邋Ｖａｐｏｒ逡逑Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ邋Ｖａｐｏｒ逡逑‘ｊ逡逑＼ｊ．：：＇。滃逡逑Ｏｒｇａｎｉｃ逦Ｉｎｏｒｇａｎｉｃ逡逑图１．４双源共蒸发装置逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．４邋Ｄｕａｌ－ｓｏｕｒｃｅ邋ｃｏ－ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑气相辅助溶液法逡逑气相辅助溶液法是一种常见的实验室的方法，是一种结合了有关气相的沉积逡逑与溶液旋涂法的方法。以合成ＣＨ３ＮＨ３Ｐｂｌ３为例，首先，通过旋涂的方法在玻璃逡逑ＦＴＯ衬底上形成有Ｐｂｌ２的薄膜层，然后将该玻璃置于ＭＡＩ的蒸气装置中，并通逡逑过加热处理使得ＭＡＩ的蒸气缓慢地与薄膜Ｐｂｌ２薄膜层反应，该方法制备的钙钛逡逑矿薄膜相比溶液法具有更好的完整性、薄膜均匀和结晶性更好。但是气相辅助需逡逑要设备的支持，在一般的实验中不是很适用，每次实验需要反应物的量也是特别逡逑多，因此不适用于大规模生产面积较大的钙钛矿。因此实验中选择合适的方法是逡逑特种重要的，相对比上面的几种方法，更推荐一步法和两步法完成钙钛矿的制备。逡逑６逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 齐吉泰;半导体器件中的量子隧道效应[J];高师理科学刊;2002年02期

相关硕士学位论文 前1条

1 刘佳琦;钙钛矿薄膜的制备及性能表征[D];北京交通大学;2015年

本文编号：2753874