钙钛矿太阳能电池材料及制备工艺研究

发布时间：2018-05-27 14:08

本文选题：钙钛矿太阳能电池 + 空穴传输材料　；参考：《中国科学院大学(中国科学院物理研究所)》2017年博士论文

【摘要】：太阳能技术是解决世界能源危机的有效手段,而高效率、低成本的太阳能电池是光伏系统的基础。近年来,钙钛矿太阳能电池效率不断取得突破,并且可以用低成本的溶液法制备,受到科研人员和工业界的关注。尽管在实验室条件下钙钛矿太阳能电池的效率已经接近传统硅太阳能电池,但目前钙钛矿太阳能电池制备技术尚未达到大规模使用的要求,仍然有待改进。例如,尽管钙钛矿层制备成本较低,但器件的其他部分例如空穴传输材料、Au对电极以及钙钛矿太阳能电池中常用的界面修饰材料价格昂贵,提高了器件总体成本。此外,钙钛矿制备工艺也需要更精确的控制,以降低制备环境对产品的影响。本论文就钙钛矿太阳能电池中材料和制备过程参数控制展开研究,主要结论如下:(1)合成了一种低成本的新型小分子空穴传输材料,分子结构为2TPA-n-DP(n=1,2,3,4)。成功制备了使用2TPA-n-DP作为空穴传输材料、CH3NH3PbI3作为吸光层的钙钛矿太阳能电池。几种空穴传输材料中,2TPA-2-DP效率最高。通过优化TiO2介孔层厚度,使用2TPA-2-DP的器件达到了12.96%的转化效率。该效率与相同制备和测试条件下采用传统空穴传输材料Spiro-OMeTAD的器件效率相当。对使用2TPA-n-DP的器件性能进行了进一步研究。瞬态荧光光谱测试表明,在perovskite/2TPA-2-DP界面上载流子抽取速度更快。使用电化学阻抗谱测试2TPA-2-DP的电子阻挡能力,结果表明使用了2TPA-2-DP的器件电子转移阻抗增大,暗电流降低,复合减小。此外,一个月的稳定性测试表明,使用2TPA-n-DP的器件稳定性良好。(2)通过加热MAI溶液,将反应温度作为调控反应的关键参数,引入到两步溶液法制备CH3NH3Pb I3吸光层的实验中。研究发现,反应温度对反应速度具有显著影响,提高反应温度可以显著降低无介孔层情况下由致密的PbI2层生成钙钛矿所需的时间。生成的CH3NH3PbI3膜中,晶粒大小随着反应温度提高逐渐增大,表面粗糙程度也随之增大。系统研究了反应温度对于生成的钙钛矿薄膜性质的影响。实验表明,在较高温度下生长的CH3NH3PbI3膜载流子传输性能更好、异质结内建电场更大、复合更低。对比实验证明,通过提高反应温度可以提升器件性能。通过优化反应温度,介孔结构的器件最高效率达到17.40%,平面结构的器件最高效率达到14.02%。(3)钙钛矿太阳能电池相关研究中,对TiO2/钙钛矿界面进行修饰是提高器件效率的有效方式。本文采用苯甲酸衍生物作为修饰材料,对钙钛矿太阳能电池中TiO2/钙钛矿界面进行修饰并系统研究了修饰对于器件性能的影响。XRD、吸收谱和SEM测试结果显示,界面修饰对于TiO2层上沉积的钙钛矿膜厚度、光学性质、晶体结构和形貌没有影响。瞬态荧光光谱和电化学阻抗谱测试表明,界面修饰可以增强TiO2抽取电子能力、钝化界面处的缺陷。通过对比实验研究了苯甲酸衍生物对位上不同基团的影响。苯甲酸、4-氯苯甲酸、4-氨基苯甲酸和4-硝基苯甲酸中,4-氯苯甲酸修饰的器件性能最佳。4-氯苯甲酸修饰后的样品效率为18.43%,高于对比组的17.46%。稳态输出效率测试中,4-氯苯甲酸修饰后的样品效率为17.19%,高于对比组的16.17%。
[Abstract]:In recent years , the efficiency of perovskite solar cells has been improved . The results show that the efficiency of the perovskite solar cells is high . The results show that the efficiency of the perovskite solar cells is higher than that of conventional silicon solar cells . ( 3 ) In the related research of the perovskite solar cell , the modification of the TiO2 / perovskite interface is an effective way to improve the efficiency of the device . The effect of modification on the properties of the device is studied by using the benzoic acid derivative as the modified material . The results of XRD , absorption spectrum and SEM show that the interface modification has no influence on the thickness , the optical property , the crystal structure and the morphology of the perovskite film deposited on the TiO2 layer . The results show that the efficiency of the interface modification after the modification of 4 - chlorobenzoic acid is 18.43 % , which is higher than that of the contrast group 17.19 % , which is higher than that of the contrast group 16.17 % .
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM914.4

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