碳电极钙钛矿太阳能电池的优化工艺与影响因素研究
发布时间：2021-08-16 20:28
钙钛矿太阳能电池（Perovskite Solar Cells,PSCs）自2009年第一次被发明以来,经过短短9年的发展,能量转换效率（Power Conversion Efficiency,PCE）就达到了硅太阳能电池的水平,并有望继续突破,成为新一代太阳能电池。目前,高效率的PSCs主要为含空穴传输层（Hole Transport Layer,HTL）结构。这类结构的电池所用的HTL材料成本高昂,稳定性较差,同时需要贵金属金（Au）、银（Ag）等作为电极材料,不利于电池的低成本、大规模商业化生产。而不含HTL的碳电极PSCs制备成本低、制备工艺简单,易于工业化生产。但目前为止,碳电极PSCs的效率较低,尚不能达到实际应用的标准,因此提升电池PCE是研究的关键。本文从实验研究和理论模拟两方面研究了碳电极PSCs的实验优化工艺,并进一步揭示了影响电池性能的关键因素,主要研究内容如下:1、优化了碳电极PSCs的初始制备方案,确定70℃作为碘化铅（PbI2）前驱液的最佳使用温度,钙钛矿薄膜的退火温度从70℃调整为100℃。PbI2前驱液和甲基碘...
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿材料的晶体结构
图1-2 PSCs基本结构：(a)介观结构，(b)平面n-i-p结构，(c)无空穴传输层结构，(d)平面p-i-n结构[6]关于 PSCs 的研究工作较多，许多不同结构的电池均能展现出良好的性能。根据电池的工作原理和研究热度，可将电池大致分为 4 种结构：介观结构、平面n-i-p 结构、无空穴传输层结构、平面 p-i-n 结构。其中前三种结构又可称为正置结构，电池各层的制备顺序依次为 ETL、钙钛矿层、HTL，最后一种结构又可称为倒置结构，电池各层的制备顺序依次为 HTL、钙钛矿层、ETL。图 1-2(a)为介观结构，也是最早出现的传统结构。其中钙钛矿材料填充在介孔层之中，介孔层起到了骨架的作用，用于支撑钙钛矿材料，有些介孔材料（如二氧化钛，TiO2）也同时帮助传输电子[7]。钙钛矿层之上是 HTL，起到了传输空穴、隔离电子的作用。钙钛矿层之下是电子传输层(Electron Transport Layer，ETL)，起到了传输电子、隔离空穴、抑制电子空穴复合的作用。最终电子和空穴分别经由导电基底和电极流入外电路，为负载供电。图 1-2 (b)为平面 n-i-p 结构，这种结构与介观结构的唯一不同在于，它不需要介孔层作为骨架材料来支撑钙钛矿层。ETL、钙钛
它各层材料来说要昂贵许多。HTL 材料一般为有机分子聚合物，这类成困难、成本高昂，但是性能出众。一些廉价无机材料虽然也能作为 ，但电池效率却大打折扣。电极材料一般为贵金属，如 Au、Ag 等。无层结构的电池直接省去了 HTL，电极材料也可用廉价稳定的碳材料来代电池的制备流程和所需设备也得到了简化，电池成本因而大幅降低。本电池就是基于碳电极的无空穴传输层 PSCs。图 1-2(d)为平面 p-i-n 结构构与平面n-i-p结构正好相反，ETL在钙钛矿层之上，HTL在钙钛矿层之结构最大的优点就在于电池能够低温制备。在图 1-2(a)-(c)结构中，由于一般选用需要经过高温（约 500 ℃）烧结制备的 TiO2，而钙钛矿材料度约为 140 ℃[10]，所以电池的制备需要先制备 ETL，而后制备钙钛矿 p-i-n 结构的电池采用了不同的 ETL 材料，无需经过高温烧结，因此可钛矿层之后再制备 ETL，这样一种倒置的构型也因此形成。低温制备不制备成本，同时还简化了制备工序，这更符合第三代太阳能电池的要求.2 PSCs的工作原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池光照稳定性研究（英文）[J]. 董旭,房香,吕明航,林本才,张帅,王莹,袁宁一,丁建宁. Science Bulletin. 2016(03)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池材料及制备工艺研究[D]. 朱立峰.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
硕士论文
[1]混合溶剂退火诱导钙钛矿结晶及其在钙钛矿太阳能电池中的应用与研究[D]. 余浩.苏州大学 2016
本文编号：3346338
【文章来源】：武汉理工大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿材料的晶体结构
图1-2 PSCs基本结构：(a)介观结构，(b)平面n-i-p结构，(c)无空穴传输层结构，(d)平面p-i-n结构[6]关于 PSCs 的研究工作较多，许多不同结构的电池均能展现出良好的性能。根据电池的工作原理和研究热度，可将电池大致分为 4 种结构：介观结构、平面n-i-p 结构、无空穴传输层结构、平面 p-i-n 结构。其中前三种结构又可称为正置结构，电池各层的制备顺序依次为 ETL、钙钛矿层、HTL，最后一种结构又可称为倒置结构，电池各层的制备顺序依次为 HTL、钙钛矿层、ETL。图 1-2(a)为介观结构，也是最早出现的传统结构。其中钙钛矿材料填充在介孔层之中，介孔层起到了骨架的作用，用于支撑钙钛矿材料，有些介孔材料（如二氧化钛，TiO2）也同时帮助传输电子[7]。钙钛矿层之上是 HTL，起到了传输空穴、隔离电子的作用。钙钛矿层之下是电子传输层(Electron Transport Layer，ETL)，起到了传输电子、隔离空穴、抑制电子空穴复合的作用。最终电子和空穴分别经由导电基底和电极流入外电路，为负载供电。图 1-2 (b)为平面 n-i-p 结构，这种结构与介观结构的唯一不同在于，它不需要介孔层作为骨架材料来支撑钙钛矿层。ETL、钙钛
它各层材料来说要昂贵许多。HTL 材料一般为有机分子聚合物，这类成困难、成本高昂，但是性能出众。一些廉价无机材料虽然也能作为 ，但电池效率却大打折扣。电极材料一般为贵金属，如 Au、Ag 等。无层结构的电池直接省去了 HTL，电极材料也可用廉价稳定的碳材料来代电池的制备流程和所需设备也得到了简化，电池成本因而大幅降低。本电池就是基于碳电极的无空穴传输层 PSCs。图 1-2(d)为平面 p-i-n 结构构与平面n-i-p结构正好相反，ETL在钙钛矿层之上，HTL在钙钛矿层之结构最大的优点就在于电池能够低温制备。在图 1-2(a)-(c)结构中，由于一般选用需要经过高温（约 500 ℃）烧结制备的 TiO2，而钙钛矿材料度约为 140 ℃[10]，所以电池的制备需要先制备 ETL，而后制备钙钛矿 p-i-n 结构的电池采用了不同的 ETL 材料，无需经过高温烧结，因此可钛矿层之后再制备 ETL，这样一种倒置的构型也因此形成。低温制备不制备成本，同时还简化了制备工序，这更符合第三代太阳能电池的要求.2 PSCs的工作原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池光照稳定性研究（英文）[J]. 董旭,房香,吕明航,林本才,张帅,王莹,袁宁一,丁建宁. Science Bulletin. 2016(03)
博士论文
[1]钙钛矿太阳能电池材料及制备工艺研究[D]. 朱立峰.中国科学院大学(中国科学院物理研究所) 2017
硕士论文
[1]混合溶剂退火诱导钙钛矿结晶及其在钙钛矿太阳能电池中的应用与研究[D]. 余浩.苏州大学 2016
本文编号：3346338
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