钙钛矿型有机铅碘化合物太阳能电池的结构设计及性能研究

发布时间：2017-07-18 04:10

  本文关键词：钙钛矿型有机铅碘化合物太阳能电池的结构设计及性能研究

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【摘要】：钙钛矿材料具有电子迁移率高、禁带宽度可控、材料成本低廉、可低温溶液合成等优点,是制备高效低成本太阳能电池的理想材料。目前文献报道的钙钛矿电池存在稳定性较低、空穴传导层和对电极材料成本昂贵等问题,制约了它的广泛应用。本研究采用两步连续沉积法制备了性能较好的纯相钙钛矿型有机铅碘化合物,并作为吸收层材料,同时利用聚三己基噻吩(P3HT)作为空穴传导层,碳纳米管薄膜作为透明电极,组装了平板型太阳能电池,电池成本低廉。在此基础上,制备了纤维型钙钛矿太阳能电池,电池具有较高的光电转换效率和良好的稳定性。论文首先以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂利用两步连续沉积法制备了钙钛矿有机铅碘化合物(CH3NH3PbI3)薄膜。当碘化铅(Pbl2)和甲基碘化铵的配比为1：1时,XRD显示制备得到纯相的CH3NH3PbI3。厚度为400 nm的钙钛矿薄膜在300-800 nm的光吸收率达到85%以上,并具有良好的光电响应特性。钙钛矿薄膜厚度均匀,表面平整,适合作太阳能电池吸收层材料。在成功制备了纯相钙钛矿材料的基础上,论文设计并组装ITO/TiO2/CH3NH3PbI3/P3HT/CNTs结构的平板型钙钛矿太阳能电池。当Ti02阻挡层为160 nm,钙钛矿吸收层厚度为750 nm时,标准光源下(AM1.5,100 mW·cm-2),太阳能电池的短路电流密度为0.718 mA·cm-2,开路电压为0.696 V,填充因子为0.252,光电转换率为0.13%。论文进一步设计组装了Ti/TiO2/CH3NH3PbI3/P3HT/CNTs柔性纤维型太阳电池。通过阳极氧化法在钛丝上制备了二氧化钛纳米管阵列作为电子传输层。当二氧化钛纳米管长度为680 nm,直径为30 nm时,标准光源下太阳能电池的短路电流密度为5.083 mA.Cm-2,开路电压为0.717V,填充因子为0.527,光电转换效率为1.92%。此结构的太阳能电池在湿度为20%的空气条件中放置近300小时,电池的光电转化效率仅降低23%,表明其具有良好的稳定性。对此纤维型太阳能电池进行串并联组装及弯曲测试,其性能基本不变,表明其具有优异的组装和可弯曲性能。与平板电池相比,纤维电池光电转换效率高,性能优异,为进一步开发可穿戴柔性太阳能电池器件奠定了基础。
【关键词】：钙钛矿 有机铅碘化合物 太阳能电池 光电转换效率
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符号说明15-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 引言16
• 1.2 太阳能电池16-20
• 1.2.1 结构和工作原理16-17
• 1.2.2 分类和发展17-20
• 1.3 钙钛矿化合物及其在太阳能电池领域的应用20-26
• 1.3.1 钙钛矿化合物21-22
• 1.3.2 钙钛矿材料的制备方法22-24
• 1.3.3 钙钛矿太阳能电池的研究现状24-26
• 1.4 碳纳米管材料在太阳能电池中的应用26-29
• 1.4.1 碳纳米管26-27
• 1.4.2 碳纳米管材料作电池电极的研究27-29
• 1.5 本论文的研究意义及目的29-30
• 1.6 本论文的研究内容30-32
• 第二章 实验部分32-38
• 2.1 实验药品及原料32
• 2.2 实验仪器32-33
• 2.3 物相表征33-34
• 2.3.1 X射线衍射表征(XRD)33
• 2.3.2 扫描电子显微镜表征(SEM)33-34
• 2.3.3 拉曼光谱表征(Raman)34
• 2.4 光电性能测试34-38
• 2.4.1 紫外光谱测试(UV-vis)34
• 2.4.2 霍尔测试(Hall)34
• 2.4.3 光电响应测试34-35
• 2.4.4 J-V曲线测试35-38
• 第三章 钙钛矿型有机铅碘化合物的合成及性能表征38-50
• 3.1 不同CH_3NH_3I和PBI_2的配比对合成产物CH_3NH_3PBI_3的影响38-40
• 3.1.1 甲基碘化铵的制备38
• 3.1.2 CH_3NH_3I和PbI_2配比的调控38-39
• 3.1.3 不同原料配比合成产物的表征39-40
• 3.2 有机溶剂对钙钛矿有机铅碘化合物形貌的影响40-44
• 3.2.1 不同有机溶剂制备钙钛矿薄膜40
• 3.2.2 不同有机溶剂制备钙钛矿薄膜的表征40-44
• 3.3 不同制备方法对钙钛矿有机铅碘化合物形貌的影响44-46
• 3.3.1 一步法制备钙钛矿薄膜44-45
• 3.3.2 连续沉积法制备钙钛矿薄膜45
• 3.3.3 不同方法制备钙钛矿薄膜的表征45-46
• 3.4 优化合成后钙钛矿有机铅碘化合物的表征46-49
• 3.4.1 物相结构表征47
• 3.4.2 光学性能测试47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第四章 钙钛矿型平板太阳能电池的研究50-66
• 4.1 平板电池的结构设计与组装50-53
• 4.1.1 结构设计50-51
• 4.1.2 组装方法51-53
• 4.2 钙钛矿型平板电池结构的调控53-63
• 4.2.1 电池阻挡层54-55
• 4.2.2 电池吸收层55-59
• 4.2.3 背电极材料59-63
• 4.3 钙钛矿型平板电池优化后的性能63
• 4.4 本章小结63-66
• 第五章 钙钛矿型纤维太阳能电池的组装66-94
• 5.1 钙钛矿型纤维电池的组装方法66-69
• 5.1.1 结构设计66
• 5.1.2 组装方法66-69
• 5.2 二氧化钛纳米管阻挡层的制备69-75
• 5.2.1 TiO_2纳米管层的制备方法69-71
• 5.2.2 TiO_2纳米管层形貌的影响因素71-75
• 5.3 钙钛矿型纤维电池结构的调控75-91
• 5.3.1 TiO_2纳米管阻挡层76-82
• 5.3.2 钙钛矿吸收层82-87
• 5.3.3 P3HT空穴传输层87-89
• 5.3.4 CNTs电极层89-91
• 5.4 钙钛矿型纤维电池调控后的性能91-93
• 5.5 本章小结93-94
• 第六章 钙钛矿型纤维状太阳能电池的性能研究94-102
• 6.1 电池均匀性测试94
• 6.2 不同光照强度下电池的性能测试94-95
• 6.3 电池稳定性测试95-97
• 6.4 串并联电池性能研究97-100
• 6.4.1 串联电池性能的研究97-98
• 6.4.2 并联电池性能的研究98-100
• 6.5 弯曲电池性能的研究100-101
• 6.6 本章小结101-102
• 第七章 全文总结102-104
• 参考文献104-108
• 致谢108-110
• 研究成果及发表的学术论文110-112
• 作者与导师简介112-114
• 附件114-115

【共引文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张杰;有机—硅纳米结构光伏电池的光电性质及界面研究[D];苏州大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 周德让;非晶硅薄膜的制备及连续激光晶化[D];河南大学;2013年

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本文编号：555951