界面修饰方法在高稳定性高性能钙钛矿光电转换器件中的应用研究
发布时间：2021-09-17 00:32
目前,对于太阳能这一清洁新能源的研究正逐渐被科研界所关注,其中有机-无机杂化太阳能电池（也称为钙钛矿太阳能电池）的发展十分迅速,在过去的十年间,其单结电池的光电转换效率已经从刚问世时的3.8%,迅猛发展到如今超过25%。尽管发展前景喜人,钙钛矿太阳能电池却依然存在一些缺点,例如不稳定性,有毒性,以及无法大面积制备等。其中不稳定性主要表现在其极易受到水氧的腐蚀。相比较于传统的硅基太阳能电池可以在空气中正常工作十年以上,未封装的钙钛矿电池能够工作的时限却低于一个月。这种特性使得钙钛矿太阳能电池,难以长时间暴露在空气中,从而导致其商业化和大规模制备受到了很大的阻碍。与此同时,界面优化的手段在钙钛矿太阳能电池领域得到长足的发展,通过缺陷钝化,晶格修复等方式,使得钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性得到进一步提升。本文将通过界面优化的方法设计解决方案,在改善钙钛矿太阳能电池器件光电性能的同时,有效地提高其稳定性。基于新型输水材料TBA-Azo的界面优化方法,通过引入新型输水材料TBA-Azo,在显著提高器件稳定性的同时,提高器件的光电性能。其主要机理为,由于TBA-Azo一侧独有的长链结构,使其具有很...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿材料基本结构
第3章以TBA-Azo为界面修饰材料对于钙钛矿太阳能电池器件的优化过程及优化后的基本光电性能15图3.3TBA-Azo的浓度调试对于钙钛矿太阳能电池器件的电流电压性能影响。测试钙钛矿太阳能电池器件基本性能，首先应该测量该器件的电流电压曲线，通过电流电压曲线，我们可以得到钙钛矿太阳能电池器件的四项基本数据。其中短路电流密度（Jsc），开路电压（Voc）以及填充因子（FF）可以从电流电压曲线中直接获得，在通过三者相乘，从而得到光电转换效率。这四项基本的光电性能参数指标，是衡量钙钛矿太阳能电池器件性能优劣的必要标准[69-71]。如图3.3以及表3.1所示，我们制作了对于疏水材料TBA-Azo不同浓度梯度的器件的相关短路电流，开路电压，填充因子以及相应算出的光电转换效率相应统计。从中可以明显看出，对比于空白对照器件A，随着疏水材料TBA-Azo的浓度增加，器件的光电转换效率有着很明显的先减小后增加的现象出现。最终我们确定的器件C，即TBA-Azo浓度为0.5mg/ml的器件为最优器件。其最优光电性能参数表现为短路电流密度为23.4mAcm-2，开路电压为1.10V，填充因子为76%，光电转换效率为19.5%，而空白对照组钙钛矿太阳能电池器件的最优性能为，短路电流密度为23.6mAcm-2，开路电压为1.05V，填充因子为67%，得出的光电转换效率为17.8%。如图3.4所示，将经过浓度优化后（添加TBA-Azo疏水材料）的钙钛矿太阳能器件性能与空白对照组进行比较，可以明显看出器件在开路电压以及填充因子上有着很大提升，从而使得添加TBA-Azo疏水材料优化后的钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率由17.8%提升至19.5%.
第3章以TBA-Azo为界面修饰材料对于钙钛矿太阳能电池器件的优化过程及优化后的基本光电性能16图3.4添加与未添加疏水材料TBA-Azo的最优钙钛矿太阳能电池器件的电流电压（J-V）曲线对比为了保证实验的严谨性以及证明实验的可重复性，如表3.1所示，我们将每个浓度组的器件的20组数据进行统计，其平均数据显示，在添加TBA-Azo疏水材料之后，钙钛矿太阳能电池器件的光电性能得到明显的改善，主要表现在填充因子与开路电压这两项重要参数，从而使光电转换效率实现提高，如图3.5所示。图3.5添加（虚线）与未添加（实线）TBA-Azo疏水材料的钙钛矿太阳能电池光电转换效率对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]左旋多巴和N,N-二甲基亚砜共掺杂PEDOT:PSS作为空穴传输层的高性能p-i-n型钙钛矿太阳能电池[J]. 黄鹏,元利刚,李耀文,周祎,宋波. 物理化学学报. 2018(11)
[2]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[3]有机卤化物钙钛矿光电材料的光学性质[J]. 李叶舟,李衡,盛传祥. 光电子技术. 2017(03)
[4]新型钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 王晓琳,冯祖勇,吴楠,罗洁,朱燕娟,唐新桂. 中国材料进展. 2016(12)
[5]钙钛矿太阳电池光吸收层纳米材料研究进展[J]. 刘炳光,李建生,刘希东,卢俊锋,田茂. 无机盐工业. 2016(12)
[6]钙钛矿太阳能电池研究进展[J]. 谢慧红,邹正光,武晓鹂,莫淑一,何金云,龙飞. 广州化工. 2016(17)
[7]新型有机-无机杂化钙钛矿发光材料的研究进展[J]. 肖娟,张浩力. 物理化学学报. 2016(08)
[8]钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状[J]. 文丹,张正涛,付成. 江汉大学学报(自然科学版). 2016(03)
[9]有机-无机钙钛矿晶体生长调控研究进展[J]. 栾梦雨,刘晓倩,陈方,魏香风,刘节华. 河南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[10]钙钛矿太阳能电池的发展与工作原理[J]. 王琛. 黑龙江科技信息. 2016(01)
博士论文
[1]多酸促进无机—有机杂化钙钛矿光电转换性能及光伏器件[D]. 张玉琢.东北师范大学 2017
[2]钙钛矿薄膜的制备优化及其太阳能电池性能研究[D]. 涂用广.华侨大学 2017
[3]全印刷介观太阳能电池间隔层及钙钛矿晶体生长调控研究[D]. 刘通发.华中科技大学 2016
[4]钙钛矿太阳能电池关键组成材料的制备与性能研究[D]. 蔡冰.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]有机-无机杂化钙钛矿材料的制备及在光伏电池和光检测器中的应用[D]. 肖娟.兰州大学 2016
本文编号：3397589
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
钙钛矿材料基本结构
第3章以TBA-Azo为界面修饰材料对于钙钛矿太阳能电池器件的优化过程及优化后的基本光电性能15图3.3TBA-Azo的浓度调试对于钙钛矿太阳能电池器件的电流电压性能影响。测试钙钛矿太阳能电池器件基本性能，首先应该测量该器件的电流电压曲线，通过电流电压曲线，我们可以得到钙钛矿太阳能电池器件的四项基本数据。其中短路电流密度（Jsc），开路电压（Voc）以及填充因子（FF）可以从电流电压曲线中直接获得，在通过三者相乘，从而得到光电转换效率。这四项基本的光电性能参数指标，是衡量钙钛矿太阳能电池器件性能优劣的必要标准[69-71]。如图3.3以及表3.1所示，我们制作了对于疏水材料TBA-Azo不同浓度梯度的器件的相关短路电流，开路电压，填充因子以及相应算出的光电转换效率相应统计。从中可以明显看出，对比于空白对照器件A，随着疏水材料TBA-Azo的浓度增加，器件的光电转换效率有着很明显的先减小后增加的现象出现。最终我们确定的器件C，即TBA-Azo浓度为0.5mg/ml的器件为最优器件。其最优光电性能参数表现为短路电流密度为23.4mAcm-2，开路电压为1.10V，填充因子为76%，光电转换效率为19.5%，而空白对照组钙钛矿太阳能电池器件的最优性能为，短路电流密度为23.6mAcm-2，开路电压为1.05V，填充因子为67%，得出的光电转换效率为17.8%。如图3.4所示，将经过浓度优化后（添加TBA-Azo疏水材料）的钙钛矿太阳能器件性能与空白对照组进行比较，可以明显看出器件在开路电压以及填充因子上有着很大提升，从而使得添加TBA-Azo疏水材料优化后的钙钛矿太阳能电池器件的光电转换效率由17.8%提升至19.5%.
第3章以TBA-Azo为界面修饰材料对于钙钛矿太阳能电池器件的优化过程及优化后的基本光电性能16图3.4添加与未添加疏水材料TBA-Azo的最优钙钛矿太阳能电池器件的电流电压（J-V）曲线对比为了保证实验的严谨性以及证明实验的可重复性，如表3.1所示，我们将每个浓度组的器件的20组数据进行统计，其平均数据显示，在添加TBA-Azo疏水材料之后，钙钛矿太阳能电池器件的光电性能得到明显的改善，主要表现在填充因子与开路电压这两项重要参数，从而使光电转换效率实现提高，如图3.5所示。图3.5添加（虚线）与未添加（实线）TBA-Azo疏水材料的钙钛矿太阳能电池光电转换效率对比
【参考文献】：
期刊论文
[1]左旋多巴和N,N-二甲基亚砜共掺杂PEDOT:PSS作为空穴传输层的高性能p-i-n型钙钛矿太阳能电池[J]. 黄鹏,元利刚,李耀文,周祎,宋波. 物理化学学报. 2018(11)
[2]太阳能光电、光热转换材料的研究现状与进展[J]. 王聪,代蓓蓓,于佳玉,王蕾,孙莹. 硅酸盐学报. 2017(11)
[3]有机卤化物钙钛矿光电材料的光学性质[J]. 李叶舟,李衡,盛传祥. 光电子技术. 2017(03)
[4]新型钙钛矿太阳能电池的研究进展[J]. 王晓琳,冯祖勇,吴楠,罗洁,朱燕娟,唐新桂. 中国材料进展. 2016(12)
[5]钙钛矿太阳电池光吸收层纳米材料研究进展[J]. 刘炳光,李建生,刘希东,卢俊锋,田茂. 无机盐工业. 2016(12)
[6]钙钛矿太阳能电池研究进展[J]. 谢慧红,邹正光,武晓鹂,莫淑一,何金云,龙飞. 广州化工. 2016(17)
[7]新型有机-无机杂化钙钛矿发光材料的研究进展[J]. 肖娟,张浩力. 物理化学学报. 2016(08)
[8]钙钛矿太阳能电池中吸光材料的发展现状[J]. 文丹,张正涛,付成. 江汉大学学报(自然科学版). 2016(03)
[9]有机-无机钙钛矿晶体生长调控研究进展[J]. 栾梦雨,刘晓倩,陈方,魏香风,刘节华. 河南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[10]钙钛矿太阳能电池的发展与工作原理[J]. 王琛. 黑龙江科技信息. 2016(01)
博士论文
[1]多酸促进无机—有机杂化钙钛矿光电转换性能及光伏器件[D]. 张玉琢.东北师范大学 2017
[2]钙钛矿薄膜的制备优化及其太阳能电池性能研究[D]. 涂用广.华侨大学 2017
[3]全印刷介观太阳能电池间隔层及钙钛矿晶体生长调控研究[D]. 刘通发.华中科技大学 2016
[4]钙钛矿太阳能电池关键组成材料的制备与性能研究[D]. 蔡冰.大连理工大学 2016
硕士论文
[1]有机-无机杂化钙钛矿材料的制备及在光伏电池和光检测器中的应用[D]. 肖娟.兰州大学 2016
本文编号：3397589
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