平面异质结钙钛矿太阳能电池的制备和溶剂选择

发布时间：2017-07-07 09:10

  本文关键词：平面异质结钙钛矿太阳能电池的制备和溶剂选择

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【摘要】：随着污染和资源问题越来越尖锐,作为绿色能源的太阳能得到广泛倡导。基于有机/无机复合的钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)就是其中一种清洁能源。钙钛矿具有载体寿命长,扩散长度长和激子在材料界面和材料内都可以分离的特点,这一特性为“平面异质结(Planar hetero-junction,PHJ)”结构的钙钛矿太阳能电池提供可能,不仅简化了电池的封装工艺,而且有利于低成本的生产应用。在本研究中,我们通过对比研究,选择旋涂(Spin-coating)工艺,使用两步法合成钙钛矿CH3NH3PbI3,并探究不同的合成CH3NH3PbI3的前驱体PbI2的溶剂对其膜层微结构和器件性能的影响的机理。具体内容如下:(1)因为一步法合成的CH3NH3PbI3晶核呈“椭球状”,两步法合成的晶核呈“岛状”,岛状晶核能得到跟电极更大的接触面积,可以提高器件的整体性能。因而选择选用两步法合成CH3NH3PbI3(2)选择旋涂法和ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PC71BM/Al平面异质结结构成功组装成能够正常工作的单基板PHJ-PSCs器件。(3)在同一浓度下,分别使用γ-丁内酯(GBL)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)和二甲基亚砜(DMSO)作为PbI2的溶剂,研究这四种溶剂对CH3NH3PbI3膜层微结构的影响。经使用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观测后可知我溶剂的溶解度越大且溶剂饱和蒸汽压越大,晶核越大,膜层越厚,其中DMF的晶核和厚度最大。(4)在AM1.5条件下(一个标准太阳光的辐照)测试基于不同PbI2溶剂的电池器件的光伏性能,结果表明:晶核越大,膜层越厚,电池光伏性能越好。当使用DMF为溶剂时,器件的开路电压(Voc)为872mV,能量转化效率(PCE)为5.05%,短路电流(Jsc)和填充因子(FF)、分别为:9.35mA/cm2、0.62,高于其它三种溶剂。
【关键词】：钙钛矿太阳能电池 两步法 平面异质结 旋涂法 碘化铅 溶剂选择
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 太阳能电池的发展及分类9-14
• 1.2 有机/无机复合金属卤化物钙钛矿太阳能电池14-15
• 1.3 本论文研究思路和工作内容15-17
• 2 钙钛矿CH_3NH_3PbI_3的合成17-25
• 2.1 钙钛矿材料及CH_3NH_3PbI_3的选择17-18
• 2.2 两步法合成碘铅甲胺CH_3NH_3PbI_318-24
• 2.3 本章小结24-25
• 3 平面异质结PSCs的制备封装25-38
• 3.1 PSCs封装结构的选择25-27
• 3.2 PHJ-PSCs的制备工艺选择27-30
• 3.3 PHJ-PSCs单电池器件的组装30-37
• 3.4 本章小结37-38
• 4 不同PbI_2溶剂对PHJ-PSCs的影响38-50
• 4.1 引言38
• 4.2 基于不同PbI_2溶剂的PHJ-PSCs制备和测试38-42
• 4.3 CH_3NH_3PbI_3光吸收层微结构表征42-47
• 4.4 光伏性能的评价47-48
• 4.5 本章小结48-50
• 5 结束语50-52
• 5.1 全文工作内容结论50-51
• 5.2 研究展望51-52
• 致谢52-53
• 参考文献53-57
• 附录1 攻读硕士学位期间发表论文目录57

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本文编号：529570