高效和低迟滞钙钛矿太阳能电池的界面调控及性能研究
发布时间：2021-08-03 00:20
近年来,钙钛矿太阳能电池因效率高、成本低、可溶液加工等优点而被广泛研究。钙钛矿太阳能电池以ABX3钙钛矿材料为核心光吸收,在光照下产生电子-空穴对,并将太阳能转化为电能。同时,电子传输层（Electron-transporting layer,ETL）/钙钛矿界面修饰可以优化其界面能级,并诱导其表面钙钛矿的生长,最终提高对应钙钛矿太阳能电池器件的性能和稳定性。因而,开展钙钛矿晶界以及ETL/钙钛矿界面的研究对于构建高效、低迟滞、高稳定钙钛矿太阳能电池具有重大科学意义和应用价值。基于此,本论文聚焦钙钛矿晶界以及ETL/钙钛矿界面,并通过新方法、新添加剂以及多功能界面材料开展了一系列研究。本论文具体研究内容如下:（1）提出了一种原位溶解再结晶法（Dissolution-recrystallization method,DRM）,该方法使用二甲亚砜（DMSO）和氯苯（CB）混合溶剂缝合钙钛矿晶界,使钙钛矿晶粒长大,有效减少钙钛矿薄膜的针孔和晶界等缺陷,提高了所得钙钛矿薄膜的质量,为制备高效、高稳定性钙钛矿太阳能电池奠定坚实的基础。通过优化,在一个标准太阳光照射下,DRM...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
美国国家可再生能源实验室（NREL）太阳能电池效率认证图[6]
电子科技大学博士学位论文21.2钙钛矿太阳能电池的简介1.2.1钙钛矿的结构钙钛矿材料原指CaTiO3材料，是GustavRose在1839年发现，后由俄罗斯矿物学家L.A.Perovski命名，随后科学家将与CaTiO3具有相同晶体结构的材料统称为钙钛矿材料[7-9]。太阳能电池中用到的钙钛矿属于半导体材料，结构式一般为ABX3（见图1-2）[9]，其中A和B是两种不同的阳离子，X是阴离子。图1-2钙钛矿（ABX3）的晶体结构[9]1.2.2钙钛矿太阳能电池的发展历程十多年来，钙钛矿太阳能电池取得了飞速的发展，其简要发展历程如图1-3所示[10-12]。2009年，Miyasaka等人[5]将CH3NH3PbBr3（MAPbBr3）和MAPbI3钙钛矿作为敏化剂并用于太阳能电池，分别取得了3.13%和3.81%的光电转化效率（PCE），但上述钙钛矿太阳能电池使用的是液态电解液，因此其稳定性较差。2011年，Park等人[13]通过优化钙钛矿制备工艺，制备了钙钛矿量子点@TiO2敏化太阳能电池，将PCE提高到6.5%。2012年，Gratzel和Park等人[14]使用Spiro-OMeTAD空穴传输材料替代液态电解液，所制备的全固态钙钛矿敏化太阳能电池的PCE高达9.7%。2013年，Snaith等人[15]采用气相沉积法制备了平面异质结钙钛矿太阳能电池，其PCE为15.4%。2015年，Seok等人[16]通过分子内交换反应将钙钛矿太阳能电池的PCE提高到20.1%。两年后，Seok等人[17]通过引入额外碘离子降低钙钛矿薄膜内部缺陷，将钙钛矿太阳能电池的PCE进一步提高到22.1%。2019年初，Noh和Seo等人[18]使用非掺杂P3HT空穴传输材料，其对应器件的PCE高达22.7%，该研究有利于推动大面积钙钛矿模组产业化。紧接着，You等人[19]用PEAI钝化FA-MA基钙钛矿表面，通过减少其缺陷并抑制非辐射复合将钙钛矿太阳能电池的PCE提高至23.3%。随后，Seok等人[20]使用MDACl2来稳定α-F
第一章绪论3图1-3钙钛矿太阳能电池的发展历程[10-12]2019年以来，单晶钙钛矿太阳能电池取得了突破性发展，如图1-4所示[21]。尤其是，Mohammed和Bakr等人[21]使用逆温长晶技术生长MAPbI3单晶，并用MAPbI3钙钛矿单晶薄膜取代多晶薄膜，提高了钙钛矿的结晶性、光吸收范围与热稳定性，进而制备了具有超高填充因子（FF=84.3%）的单晶钙钛矿太阳能电池，PCE认证记录为21.09%。此外，Huang等人[22]开发了一种低温晶体生长方法（见图1-5）来生长厘米尺寸的MAPbI3晶片，且30min内生长厚度达到微米级别，同时该方法能有效控制钙钛矿前驱液的蒸发以及钙钛矿成核和生长速率。进一步分析实验结果，上述晶片由中心向外生长，最终以C60/BCP为电子传输层（Electron-transportinglayer，ETL）、以Au为对电极组装了共平面、横向结构的MAPbI3单晶太阳能电池，在0.25个标准太阳光照射下获得了5.9%的PCE。
本文编号：3318555
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：125 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
美国国家可再生能源实验室（NREL）太阳能电池效率认证图[6]
电子科技大学博士学位论文21.2钙钛矿太阳能电池的简介1.2.1钙钛矿的结构钙钛矿材料原指CaTiO3材料，是GustavRose在1839年发现，后由俄罗斯矿物学家L.A.Perovski命名，随后科学家将与CaTiO3具有相同晶体结构的材料统称为钙钛矿材料[7-9]。太阳能电池中用到的钙钛矿属于半导体材料，结构式一般为ABX3（见图1-2）[9]，其中A和B是两种不同的阳离子，X是阴离子。图1-2钙钛矿（ABX3）的晶体结构[9]1.2.2钙钛矿太阳能电池的发展历程十多年来，钙钛矿太阳能电池取得了飞速的发展，其简要发展历程如图1-3所示[10-12]。2009年，Miyasaka等人[5]将CH3NH3PbBr3（MAPbBr3）和MAPbI3钙钛矿作为敏化剂并用于太阳能电池，分别取得了3.13%和3.81%的光电转化效率（PCE），但上述钙钛矿太阳能电池使用的是液态电解液，因此其稳定性较差。2011年，Park等人[13]通过优化钙钛矿制备工艺，制备了钙钛矿量子点@TiO2敏化太阳能电池，将PCE提高到6.5%。2012年，Gratzel和Park等人[14]使用Spiro-OMeTAD空穴传输材料替代液态电解液，所制备的全固态钙钛矿敏化太阳能电池的PCE高达9.7%。2013年，Snaith等人[15]采用气相沉积法制备了平面异质结钙钛矿太阳能电池，其PCE为15.4%。2015年，Seok等人[16]通过分子内交换反应将钙钛矿太阳能电池的PCE提高到20.1%。两年后，Seok等人[17]通过引入额外碘离子降低钙钛矿薄膜内部缺陷，将钙钛矿太阳能电池的PCE进一步提高到22.1%。2019年初，Noh和Seo等人[18]使用非掺杂P3HT空穴传输材料，其对应器件的PCE高达22.7%，该研究有利于推动大面积钙钛矿模组产业化。紧接着，You等人[19]用PEAI钝化FA-MA基钙钛矿表面，通过减少其缺陷并抑制非辐射复合将钙钛矿太阳能电池的PCE提高至23.3%。随后，Seok等人[20]使用MDACl2来稳定α-F
第一章绪论3图1-3钙钛矿太阳能电池的发展历程[10-12]2019年以来，单晶钙钛矿太阳能电池取得了突破性发展，如图1-4所示[21]。尤其是，Mohammed和Bakr等人[21]使用逆温长晶技术生长MAPbI3单晶，并用MAPbI3钙钛矿单晶薄膜取代多晶薄膜，提高了钙钛矿的结晶性、光吸收范围与热稳定性，进而制备了具有超高填充因子（FF=84.3%）的单晶钙钛矿太阳能电池，PCE认证记录为21.09%。此外，Huang等人[22]开发了一种低温晶体生长方法（见图1-5）来生长厘米尺寸的MAPbI3晶片，且30min内生长厚度达到微米级别，同时该方法能有效控制钙钛矿前驱液的蒸发以及钙钛矿成核和生长速率。进一步分析实验结果，上述晶片由中心向外生长，最终以C60/BCP为电子传输层（Electron-transportinglayer，ETL）、以Au为对电极组装了共平面、横向结构的MAPbI3单晶太阳能电池，在0.25个标准太阳光照射下获得了5.9%的PCE。
本文编号：3318555
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