新型钙钛矿材料结构设计及其对器件性能影响研究
发布时间：2021-04-05 02:05
有机-无机卤化物钙钛矿是近年来光电领域备受关注的材料之一,由于其独特的光电特性,目前钙钛矿太阳电池的认证光电转化效率（Power Conversion Efficiency,PCE）已经达到25.2%,展现出巨大的应用前景。然而,钙钛矿器件具有差的稳定性,远远不能满足实际应用的需求,这是阻碍未来钙钛矿太阳电池进一步发展的关键因素之一。作为器件的核心组成部分,钙钛矿吸光层材料在湿度、氧气、热和光照条件下的不稳定性成为导致钙钛矿太阳电池不稳定的主要原因。因此,新型钙钛矿材料的研发,并且通过结构的设计提升器件的效率和稳定性是很有必要的。湿度稳定的二维（Two-Dimensional,2D）和混合维（Mixed-Dimensional,MD）钙钛矿材料的出现为钙钛矿太阳电池的商业化带来了曙光,但其低的PCE是目前亟需解决的问题。针对以上的研究背景,本文主要关注于高性能MD钙钛矿材料的结构设计,卤化铵盐对MD钙钛矿材料性能影响的研究以及高效稳定的2D-3D钙钛矿太阳电池的制备三个方面,针对如何提升2D及MD钙钛矿太阳电池的PCE和探究卤化铵盐对2D及MD钙钛矿材料性能的影响开展一系列研究工作:（...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?２０２０年ＮＲＥＬ发布的由国际各权威机构认证公布的各种太阳电池在实验室内的最高??光电转化效率丨１３丨
?第１章绪论???是立方晶体的体心，而阳离子Ｂ是立方八面体的体心。对于有机卤化物钙钛矿材??料，以甲胺碘化铅（ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３，?ＭＡＰｂＩ３）钙钛矿为例，碘离子占据八面体的??顶角，并且以共顶点的方式相互连接，这样形成了稳定的三维结构，还能有助于??产生的缺陷在内部的扩散和迁移。此外，这种共顶点连接方式可以有效地扩大八??面体网格空位，进而可以容忍更大的离子，丰富了此类材料的种类［Ｗ。??图１．３?（ａ）?ＡＢＸｓ型钙钛矿的结构；（ｂ）?ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３钙钛矿立方晶体结构（绿色为??ＣＨ３ＮＨ３＋，紫色为卤素原子，蓝色为Ｐｂ２＋）。??Ｆｉｇ．?１．３?（ａ）?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＡＢＸ３?ｔｙｐｅ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ；?（ｂ）?ＣＨ３ＮＨ３ＰＷ３?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｃｕｂｉｃ?ｃｒｙｓｔａｌ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?（ｇｒｅｅｎ?ｉｓ?ＣＨ３ＮＨ３％?ｐｕｒｐｌｅ?ｉｓ?ｈａｌｏｇｅｎ?ａｔｏｍ，?ｂｌｕｅ?ｉｓ?Ｐｂ２＋）．??黑色卤化物钙钛矿早在１９７８年首次被报道出来然后２８年后才第一次??应用到太阳电池中。２００９年，Ｍｉｙａｓａｋａ教授首次报道了基于钙钛矿吸光材料的??太阳电池器件，由于其相对合适并且可调的带隙１｜７］，高的吸光系数［１８］，长的载流??子扩散长度［１９】和优异的迁移率［２Ｑ］，取得了?３．８％的光电转化效率。２０１２年，基于??典型的ＭＡＰｂｈ钙钛矿，光学带隙为１．６ｅＶ，通过器件结构的研宄和优化，研宄??者将ＰＳＣｓ效率提高到９．７％【１Ｇ］。至此，首个固态ＰＳＣｓ问世，此后电池效率得到??快速的提升。??ＰＳＣｓ快速增长的效率与钙钛矿吸光层材料的优异光电性能是密
而可以提高效率和稳定性［３Ｇ］。ＺｎＯ层的处理也会影响ＰＳＣｓ的性能，有报道称??ＺｎＯ在环境中的老化会提高ＰＳＣｓ的性能。然而，使用ＺｎＯ层的器件获得的最佳??效率通常低于１６％ｔ３Ｇ］，其稳定性通常低于使用Ｔｉ０２层的器件。因此，尽管ＺｎＯ??具有低温沉积的优点，但与Ｔｉ０２相比，这种材料不是ＥＴＬ更好的选择。??ａ???丨金厲对电ｇ?ｂ?Ａｕ?ｃ?Ａｕ??Ｐ?空穴传狀?ＨＴＬ?ＰｅｒｏｖＬ??电子臓?ｍ??＇?ＦＴ〇ａｗ％４Ｓ?平面异质结构?介孔结构??图１．５?（ａ）常见钙钛矿太阳电池示意图；钙钛矿电池结构示意图（ｂ）平面异质结构和??（ｃ）介孔结构。??Ｆｉｇ．?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｍｏｓｔ?ｃｏｍｍｏｎ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｉｌ；?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ??ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｃｅｌｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?（ｂ）?ｐｌａｎａｒ?ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?（ｃ）?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??除了?Ｔｉ０２和ＺｎＯ外，近年来采用Ｓｎ〇２作为ＥＴＬ的研宄也越来越广泛ｔ３１，３２Ｌ??基于Ｓｎ０２层的高效率（超过２０％）、高稳定性的器件最近也己经被报道ｔ３２］。在平??板结构的钙钛矿器件中，优化Ｓｎ０２层的沉积方式己被证明可以有效地提高电池??的效率和降低迟滞效应，Ｓｎ０２作为ＥＴＬ展现出了很好的应用潜能。近年来，也??有相关基于Ｓｎ０２的高效率、低迟滞器件的文献报道。采用ＡＬＤ沉积ｔ３１］和等离??子增强的ＡＬＤ沉积的Ｓｎ０２层效率都已经超过了?１８％。此外，Ｌｉ掺杂可以改??善Ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[2]双面发电高效率N型Si太阳电池及组件的研制[J]. 宋登元,熊景峰. 太阳能学报. 2013(12)
[3]晶体硅太阳电池室外发电性能实测与分析[J]. 韩涵,黄国华,赵伟,施钰川. 太阳能学报. 2013(04)
本文编号：3118922
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２?２０２０年ＮＲＥＬ发布的由国际各权威机构认证公布的各种太阳电池在实验室内的最高??光电转化效率丨１３丨
?第１章绪论???是立方晶体的体心，而阳离子Ｂ是立方八面体的体心。对于有机卤化物钙钛矿材??料，以甲胺碘化铅（ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３，?ＭＡＰｂＩ３）钙钛矿为例，碘离子占据八面体的??顶角，并且以共顶点的方式相互连接，这样形成了稳定的三维结构，还能有助于??产生的缺陷在内部的扩散和迁移。此外，这种共顶点连接方式可以有效地扩大八??面体网格空位，进而可以容忍更大的离子，丰富了此类材料的种类［Ｗ。??图１．３?（ａ）?ＡＢＸｓ型钙钛矿的结构；（ｂ）?ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３钙钛矿立方晶体结构（绿色为??ＣＨ３ＮＨ３＋，紫色为卤素原子，蓝色为Ｐｂ２＋）。??Ｆｉｇ．?１．３?（ａ）?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＡＢＸ３?ｔｙｐｅ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ；?（ｂ）?ＣＨ３ＮＨ３ＰＷ３?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｃｕｂｉｃ?ｃｒｙｓｔａｌ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?（ｇｒｅｅｎ?ｉｓ?ＣＨ３ＮＨ３％?ｐｕｒｐｌｅ?ｉｓ?ｈａｌｏｇｅｎ?ａｔｏｍ，?ｂｌｕｅ?ｉｓ?Ｐｂ２＋）．??黑色卤化物钙钛矿早在１９７８年首次被报道出来然后２８年后才第一次??应用到太阳电池中。２００９年，Ｍｉｙａｓａｋａ教授首次报道了基于钙钛矿吸光材料的??太阳电池器件，由于其相对合适并且可调的带隙１｜７］，高的吸光系数［１８］，长的载流??子扩散长度［１９】和优异的迁移率［２Ｑ］，取得了?３．８％的光电转化效率。２０１２年，基于??典型的ＭＡＰｂｈ钙钛矿，光学带隙为１．６ｅＶ，通过器件结构的研宄和优化，研宄??者将ＰＳＣｓ效率提高到９．７％【１Ｇ］。至此，首个固态ＰＳＣｓ问世，此后电池效率得到??快速的提升。??ＰＳＣｓ快速增长的效率与钙钛矿吸光层材料的优异光电性能是密
而可以提高效率和稳定性［３Ｇ］。ＺｎＯ层的处理也会影响ＰＳＣｓ的性能，有报道称??ＺｎＯ在环境中的老化会提高ＰＳＣｓ的性能。然而，使用ＺｎＯ层的器件获得的最佳??效率通常低于１６％ｔ３Ｇ］，其稳定性通常低于使用Ｔｉ０２层的器件。因此，尽管ＺｎＯ??具有低温沉积的优点，但与Ｔｉ０２相比，这种材料不是ＥＴＬ更好的选择。??ａ???丨金厲对电ｇ?ｂ?Ａｕ?ｃ?Ａｕ??Ｐ?空穴传狀?ＨＴＬ?ＰｅｒｏｖＬ??电子臓?ｍ??＇?ＦＴ〇ａｗ％４Ｓ?平面异质结构?介孔结构??图１．５?（ａ）常见钙钛矿太阳电池示意图；钙钛矿电池结构示意图（ｂ）平面异质结构和??（ｃ）介孔结构。??Ｆｉｇ．?１．５?（ａ）?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｍｏｓｔ?ｃｏｍｍｏｎ?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｓｏｌａｒ?ｃｅｉｌ；?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ??ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｃｅｌｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?（ｂ）?ｐｌａｎａｒ?ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ａｎｄ?（ｃ）?ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??除了?Ｔｉ０２和ＺｎＯ外，近年来采用Ｓｎ〇２作为ＥＴＬ的研宄也越来越广泛ｔ３１，３２Ｌ??基于Ｓｎ０２层的高效率（超过２０％）、高稳定性的器件最近也己经被报道ｔ３２］。在平??板结构的钙钛矿器件中，优化Ｓｎ０２层的沉积方式己被证明可以有效地提高电池??的效率和降低迟滞效应，Ｓｎ０２作为ＥＴＬ展现出了很好的应用潜能。近年来，也??有相关基于Ｓｎ０２的高效率、低迟滞器件的文献报道。采用ＡＬＤ沉积ｔ３１］和等离??子增强的ＡＬＤ沉积的Ｓｎ０２层效率都已经超过了?１８％。此外，Ｌｉ掺杂可以改??善Ｓ
【参考文献】：
期刊论文
[1]钙钛矿太阳能电池:光伏领域的新希望[J]. 魏静,赵清,李恒,施成龙,田建军,曹国忠,俞大鹏. 中国科学:技术科学. 2014(08)
[2]双面发电高效率N型Si太阳电池及组件的研制[J]. 宋登元,熊景峰. 太阳能学报. 2013(12)
[3]晶体硅太阳电池室外发电性能实测与分析[J]. 韩涵,黄国华,赵伟,施钰川. 太阳能学报. 2013(04)
本文编号：3118922
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