过渡金属碳化物在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用研究
发布时间：2022-01-11 15:02
近年来,基于碳对电极（Carbon counter electrode,CCE）的金属有机卤化物钙钛矿太阳能电池（Perovskite solar cells,PSCs）引起科研人员的广泛关注。典型的一个碳基PSC主要包括FTO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层和CCE四个部分。其中,钙钛矿具备光敏剂和空穴传输双重功能,其成膜质量决定了器件的性能。因此,高品质钙钛矿膜层研究成为重中之重。文献表明,在PSCs钙钛矿层中掺杂添加物能改善膜层品质,但是,还未有将过渡金属碳化物作为添加物应用于钙钛矿层的研究。本文将五种过渡金属碳化物添加入钙钛矿层中,研究了掺杂不同过渡金属碳化物的钙钛矿层对电池性能的影响,具体内容如下:（1）制备了碳化钼（Mo2C）、碳化钨（WC）和碳化铬（Cr3C2）三种VIB族过渡金属碳化物,分别添加入钙钛矿层（用P表示）中,并组装成碳基钙钛矿太阳能电池（C-PSCs）。研究了不同掺杂浓度的Mo2C/P、WC/P和Cr3C2/P对器件性能的影响。实验结果表明:适量掺杂Mo2
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１美国可再生能源实验室研宄电池最高效率图［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｈａｔ?ｏｆ?Ｎａｔｉｏｎａｌ?ｒｅｎｅｗａｂｌｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌａｂｏｒａｔｏ?
?过渡金属碳化物在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用研究???子配位形成正八面体结构，ｘ代表卤素阴离子（Ｂｒ、ｒ等）。这种结构的材料具有吸收??系数高、载流子扩散速度快和扩散距离长等优点。??如图１．４所示，钙钛矿层做为光吸收层，在受光激发后会产生电子和空穴对，由于??钙钛矿材料本身的激子束缚能很小，所以在室温下就可以分离出自由的载流子。此过程??中所产生的电子会传输到电子传输层中而空穴则会被提取到空穴传输层中，最后通过外??接电路的重新复合使电流产生，这就是钙钛矿太阳能电池的工作原理［１〇］。??／?＂＂…．．?￣７???Ａｇ???／??Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ?／??Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?＜??乂ＴｉＱ－?ｌ??．．．．．．＿—＿．．．．．．．＿?ｕ??图１．２钙钛矿太阳能电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??靜丨灘??图１．３钙钛矿晶体结构图［９］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??１２??
?过渡金属碳化物在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用研究???可以达到１１．２８％［３２］。随着研宄的深入，丝网印刷法这种可以提高电池稳定性的制备方??法逐渐被科研人员所应用。Ｃａｏ课题组以ＦＴ０／Ｔｉ０２／Ａｌ２０３／Ｎｉ０／ＣＨ３ＮＨ３Ｐｂｌ３／Ｃ为电池??结构，以导电炭黑／石墨复合碳材料为对电极，用丝网印刷法制备了一种高效的钙钛矿??太阳能电池，如图１．５所示。该电池在ＡＭ?１．５?Ｇ光照下，光电转化效率达到１５．０３％，??并表现出良好的稳定性［３３】。Ｒａｍｉｎａｆａｓｈａｒ团队利用丝网印刷法，以导电炭黑作为对电极，??组装了电池，并在２０？３０％湿度的环境条件下进行了器件的测试，得到的电池最高光电??转换效率达到１０．７％，并且由这种方法制备的太阳能电池同样表现出了显著的稳定性［３４］。??ＣＨ，ＮＨ，ＰｂＩ上??Ｃｏｍｐ－ｃｔＴｉＯ，??ＣＢ?，??－４．０?３９３??—４?－３．Ｚ??？５．４３??－７．３?ｈ＋??ＶＢ?Ｖｉｆ）?Ｃ．ａｒｂｏｎ??ＭＡＰｂｌ３?Ｎ，°??ＴＩＯ，??图１．５设备结构图［３３］??匕）基于Ｔｉ０２／Ａｌ２０３／Ｎｉ０／碳（ＭＡＰｂＩ３）的器件的示意图；（ｂ）设备配置的能带图??Ｆｉｇ．?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＴｉＣｈ／ＡｈＣＶＮｉＯ／ｃａｉ－ｂｏｎ?（ＭＡＰｂｈ）?ｂａｓｅｄ?ｄｅｖｉｃｅ?（ｂ）?Ｅｎｅｒｇｙ??ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｄｅｖｉｃｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ??钙钛矿太阳能电池多采用刚性基板，柔性基板较为少见，Ｌｕｏ团队采用氧化锡／碳纳??
【参考文献】：
期刊论文
[1]部分预成核以制备单相基于FA0.92MA0.08PbI3的高效太阳电池（英文）[J]. 石鹏举,丁勇,刘成,杨熠,Zulqarnain Arain,蔡墨朗,任英科,Tasawar Hayat,Ahmed Alsaedi,戴松元. Science China Materials. 2019(12)
[2]碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[J]. 应承展,吕秋娟,刘朝辉,毕松,侯根良,汤进. 材料工程. 2019(06)
[3]太阳能的利用现状及未来发展研究[J]. 肖圣泽. 决策探索(中). 2019(02)
[4]钙钛矿太阳能电池的研究现状和进展[J]. 傅琨. 当代化工研究. 2019(01)
[5]利用PVP添加剂提高钙钛矿太阳能电池光伏性能（英文）[J]. 李建丰,赵创,张恒,同军锋,张鹏,杨春燕,夏养君. 发光学报. 2016(01)
硕士论文
[1]基于添加剂工程的钙钛矿薄膜和光电器件的制备及性能优化[D]. 徐浩文.南京邮电大学 2019
[2]反式结构钙钛矿太阳能电池的制备及其改性研究[D]. 李铃薇.西安理工大学 2019
[3]无铂催化材料的合成及其在染料敏化太阳能电池对电极上的应用研究[D]. 眭慧东.河北大学 2018
[4]含空穴添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备及其光电性能研究[D]. 王立坤.大连理工大学 2018
[5]基于多酸的钼基碳化物电催化剂的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极中的应用[D]. 王婷.东北师范大学 2018
[6]SnCl2和SrCl2改性钙钛矿层及光电性能研究[D]. 曹美琦.哈尔滨工业大学 2017
[7]利用添加剂提升钙钛矿太阳能电池的性能[D]. 万杨阳.天津理工大学 2016
[8]用聚合物添加剂调节钙钛矿薄膜的结晶以制备高效钙钛矿太阳能电池[D]. 董晴晴.苏州大学 2016
[9]过渡金属氮化物和碳化物的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 郭红月.河北师范大学 2016
本文编号：3582986
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：70 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１美国可再生能源实验室研宄电池最高效率图［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ｔｈｅ?ｃｈａｔ?ｏｆ?Ｎａｔｉｏｎａｌ?ｒｅｎｅｗａｂｌｅ?ｅｎｅｒｇｙ?ｌａｂｏｒａｔｏ?
?过渡金属碳化物在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用研究???子配位形成正八面体结构，ｘ代表卤素阴离子（Ｂｒ、ｒ等）。这种结构的材料具有吸收??系数高、载流子扩散速度快和扩散距离长等优点。??如图１．４所示，钙钛矿层做为光吸收层，在受光激发后会产生电子和空穴对，由于??钙钛矿材料本身的激子束缚能很小，所以在室温下就可以分离出自由的载流子。此过程??中所产生的电子会传输到电子传输层中而空穴则会被提取到空穴传输层中，最后通过外??接电路的重新复合使电流产生，这就是钙钛矿太阳能电池的工作原理［１〇］。??／?＂＂…．．?￣７???Ａｇ???／??Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ?／??Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?＜??乂ＴｉＱ－?ｌ??．．．．．．＿—＿．．．．．．．＿?ｕ??图１．２钙钛矿太阳能电池结构示意图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??靜丨灘??图１．３钙钛矿晶体结构图［９］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｃｒｙｓｔａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｌｌ??１２??
?过渡金属碳化物在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用研究???可以达到１１．２８％［３２］。随着研宄的深入，丝网印刷法这种可以提高电池稳定性的制备方??法逐渐被科研人员所应用。Ｃａｏ课题组以ＦＴ０／Ｔｉ０２／Ａｌ２０３／Ｎｉ０／ＣＨ３ＮＨ３Ｐｂｌ３／Ｃ为电池??结构，以导电炭黑／石墨复合碳材料为对电极，用丝网印刷法制备了一种高效的钙钛矿??太阳能电池，如图１．５所示。该电池在ＡＭ?１．５?Ｇ光照下，光电转化效率达到１５．０３％，??并表现出良好的稳定性［３３】。Ｒａｍｉｎａｆａｓｈａｒ团队利用丝网印刷法，以导电炭黑作为对电极，??组装了电池，并在２０？３０％湿度的环境条件下进行了器件的测试，得到的电池最高光电??转换效率达到１０．７％，并且由这种方法制备的太阳能电池同样表现出了显著的稳定性［３４］。??ＣＨ，ＮＨ，ＰｂＩ上??Ｃｏｍｐ－ｃｔＴｉＯ，??ＣＢ?，??－４．０?３９３??—４?－３．Ｚ??？５．４３??－７．３?ｈ＋??ＶＢ?Ｖｉｆ）?Ｃ．ａｒｂｏｎ??ＭＡＰｂｌ３?Ｎ，°??ＴＩＯ，??图１．５设备结构图［３３］??匕）基于Ｔｉ０２／Ａｌ２０３／Ｎｉ０／碳（ＭＡＰｂＩ３）的器件的示意图；（ｂ）设备配置的能带图??Ｆｉｇ．?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＴｉＣｈ／ＡｈＣＶＮｉＯ／ｃａｉ－ｂｏｎ?（ＭＡＰｂｈ）?ｂａｓｅｄ?ｄｅｖｉｃｅ?（ｂ）?Ｅｎｅｒｇｙ??ｂａｎｄ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ?ｄｅｖｉｃｅ?ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ??钙钛矿太阳能电池多采用刚性基板，柔性基板较为少见，Ｌｕｏ团队采用氧化锡／碳纳??
【参考文献】：
期刊论文
[1]部分预成核以制备单相基于FA0.92MA0.08PbI3的高效太阳电池（英文）[J]. 石鹏举,丁勇,刘成,杨熠,Zulqarnain Arain,蔡墨朗,任英科,Tasawar Hayat,Ahmed Alsaedi,戴松元. Science China Materials. 2019(12)
[2]碳材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[J]. 应承展,吕秋娟,刘朝辉,毕松,侯根良,汤进. 材料工程. 2019(06)
[3]太阳能的利用现状及未来发展研究[J]. 肖圣泽. 决策探索(中). 2019(02)
[4]钙钛矿太阳能电池的研究现状和进展[J]. 傅琨. 当代化工研究. 2019(01)
[5]利用PVP添加剂提高钙钛矿太阳能电池光伏性能（英文）[J]. 李建丰,赵创,张恒,同军锋,张鹏,杨春燕,夏养君. 发光学报. 2016(01)
硕士论文
[1]基于添加剂工程的钙钛矿薄膜和光电器件的制备及性能优化[D]. 徐浩文.南京邮电大学 2019
[2]反式结构钙钛矿太阳能电池的制备及其改性研究[D]. 李铃薇.西安理工大学 2019
[3]无铂催化材料的合成及其在染料敏化太阳能电池对电极上的应用研究[D]. 眭慧东.河北大学 2018
[4]含空穴添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备及其光电性能研究[D]. 王立坤.大连理工大学 2018
[5]基于多酸的钼基碳化物电催化剂的制备及其在染料敏化太阳能电池对电极中的应用[D]. 王婷.东北师范大学 2018
[6]SnCl2和SrCl2改性钙钛矿层及光电性能研究[D]. 曹美琦.哈尔滨工业大学 2017
[7]利用添加剂提升钙钛矿太阳能电池的性能[D]. 万杨阳.天津理工大学 2016
[8]用聚合物添加剂调节钙钛矿薄膜的结晶以制备高效钙钛矿太阳能电池[D]. 董晴晴.苏州大学 2016
[9]过渡金属氮化物和碳化物的合成及在染料敏化太阳能电池中的应用[D]. 郭红月.河北师范大学 2016
本文编号：3582986
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