本文關(guān)鍵詞：鈣鈦礦太陽(yáng)電池中有機(jī)鹵化鉛吸光層的噴霧制備和界面修飾

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【摘要】：具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的有機(jī)鹵化鉛是一種可溶液加工,高載流子遷移率的半導(dǎo)體材料。以這種鈣鈦礦材料為光吸收層的太陽(yáng)電池具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制備成本低,光譜響應(yīng)范圍寬的優(yōu)勢(shì)。經(jīng)過近幾年的迅速發(fā)展,目前鈣鈦礦太陽(yáng)電池的太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到20%以上,成為一種具有廣泛應(yīng)用前景的低成本光伏器件。在鈣鈦礦器件研究領(lǐng)域,界面修飾提高載流子收集效率,改進(jìn)鈣鈦礦吸光層的制備工藝,以及優(yōu)化鈣鈦礦吸光層的成分,都是提高器件性能的有效方法。本論文在這三個(gè)方面開展了研究工作:1,鈣鈦礦吸光層與金屬電極的界面接觸,是鈣鈦礦器件領(lǐng)域的基礎(chǔ)問題,界面性質(zhì)直接影響到一些器件的性能,如無(wú)空穴導(dǎo)體的鈣鈦礦太陽(yáng)電池、鈣鈦礦光電導(dǎo)探測(cè)器等。界面修飾是調(diào)控界面性質(zhì)的重要手段,我們開發(fā)了一種利用Li TFSI溶液對(duì)CH_3NH_3Pb I3-x Clx/Au界面進(jìn)行處理的方法,這種方法可以有效地改進(jìn)載流子在界面的傳輸過程,大大提高載流子的收集效率。掃描電子顯微鏡圖片顯示,在Li TFSI溶液處理后,鈣鈦礦表面出現(xiàn)了均勻分布的納米點(diǎn)。Mott-Schottky分析和阻抗分析發(fā)現(xiàn),這種處理方法可以大幅度降低CH_3NH_3Pb I3-x Clx/Au界面的勢(shì)壘和電荷傳輸電阻,這也解釋了Li TFSI溶液處理提高界面載流子收集效率的機(jī)理。通過這種界面處理方法,無(wú)空穴導(dǎo)體鈣鈦礦太陽(yáng)電池的效率從4.0%提高到7.6%、填充因子從0.36提高到0.64。同時(shí),這種Li TFSI溶液處理的方法在鈣鈦礦光電導(dǎo)器件上也有明顯效果,可以顯著提高器件的光電響應(yīng)信號(hào)。2,在鈣鈦礦太陽(yáng)電池中,鈣鈦礦吸光層的薄膜質(zhì)量與器件性能密切相關(guān),而制備方法是決定成膜質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素。我們開發(fā)了一種基于噴霧技術(shù)的固/霧界面反應(yīng)方法用于制備CH_3NH_3Pb I3(MAPb I3)吸光層。這種方法在低溫條件下較短時(shí)間內(nèi)便可制備出高質(zhì)量的MAPb I3膜,且成膜條件易于控制和重復(fù)。這些特點(diǎn)對(duì)于制備效率高、重復(fù)性好的器件十分重要。詳細(xì)研究表明MAI溶液的體積和反應(yīng)溫度不僅可以控制MAPb I3膜的成分,也能控制它的形貌。在優(yōu)化的反應(yīng)條件下,我們制備了高結(jié)晶性、無(wú)針孔的MAPb I3膜。我們以多孔Ti O2作為MAPb I3的支撐層,以Spiro-OMe TAD為空穴傳輸層,組裝的器件獲得了16.2%的最高太陽(yáng)光轉(zhuǎn)換效率(平均為14.9%)。此外,還利用這種方法組裝了沒有多孔Ti O2層的平面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池,獲得了14.9%的效率,表明這種噴霧反應(yīng)方法具有廣泛應(yīng)用前景。3,基于甲脒的鈣鈦礦材料具有更寬的光譜響應(yīng),有利于提高電池對(duì)太陽(yáng)光的利用效率,但這種材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性不好,難于制備高質(zhì)量薄膜,成分調(diào)控是提高晶格穩(wěn)定性的一個(gè)可行方案。我們采用噴霧反應(yīng)方法,制備了Cs+離子摻雜的FA_(1-x) Csx Pb I3固溶體(其中x=0,0.1,0.2,0.3)。通過對(duì)FA_(1-x)Csx Pb I3進(jìn)行XRD分析發(fā)現(xiàn),Cs+離子摻雜會(huì)減小晶格常數(shù)。XRD分析和掃描電子顯微鏡圖片表明,FA0.9Cs0.1Pb I3膜的平均晶粒尺寸最大,結(jié)晶性最好。通過吸收光譜和器件外量子效率測(cè)量發(fā)現(xiàn),10%的Cs+離子摻雜可以提高器件對(duì)600 nm~800 nm光的利用率。器件的電化學(xué)阻抗譜表明,使用FA0.9Cs0.1Pb I3材料的器件具有最大的復(fù)合電阻,其載流子復(fù)合速率最低。Cs+離子摻雜也降低了載流子在界面的傳輸電阻,即提高了載流子的收集效率。經(jīng)過10%的Cs+離子摻雜的FAPb I3薄膜,相應(yīng)器件的平均效率達(dá)到14.2%,明顯高于使用未摻雜FAPb I3薄膜的器件(11.3%)。在50%濕度下的老化實(shí)驗(yàn)表明,10%的Cs+離子摻雜可以大幅度提高鈣鈦礦膜和相應(yīng)器件的濕度穩(wěn)定性。Cs+離子摻雜后的FAPb I3膜在老化100小時(shí)后,仍然保持原有的α相晶體結(jié)構(gòu),而未摻雜的FAPb I3膜老化后,大部分變?yōu)棣南嗑w結(jié)構(gòu)。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽(yáng)電池 界面修飾 噴霧反應(yīng) 固溶體
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.2;TM914.4
【目錄】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-20
• 1.1 前言11-12
• 1.2 鈣鈦礦太陽(yáng)電池12-13
• 1.3 鈣鈦礦活性層的研究進(jìn)展13-15
• 1.4 鈣鈦礦太陽(yáng)電池的電子傳輸材料的研究進(jìn)展15
• 1.5 鈣鈦礦太陽(yáng)電池的空穴傳輸材料的研究進(jìn)展15-17
• 1.6 太陽(yáng)能電池的主要性能參數(shù)17
• 1.7 本文各部分主要內(nèi)容17-20
• 第2章 材料合成及器件測(cè)量20-22
• 2.1 材料合成20
• 2.1.1 CH_3NH_3I的合成20
• 2.1.2 CH_3(NH2)2I的合成20
• 2.2 性能測(cè)量20-22
• 第3章 LiTFSI溶液對(duì)CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x光電器件的界面修飾22-31
• 3.1 引言22-23
• 3.2 鈣鈦礦光電器件的制備23
• 3.3 結(jié)果及討論23-29
• 3.4 本章小結(jié)29-31
• 第4章 噴霧反應(yīng)制備高效率鈣鈦礦太陽(yáng)電池的光吸收層31-40
• 4.1 引言31-32
• 4.2 鈣鈦礦太陽(yáng)電池的制備32-33
• 4.3 結(jié)果及討論33-38
• 4.4 本章小結(jié)38-40
• 第5章 噴霧反應(yīng)制備以FA_(1-x)Cs_xPbI_3固溶體為光吸收層的濕度穩(wěn)定性高的鈣鈦礦太陽(yáng)電池40-53
• 5.1 引言40-41
• 5.2 鈣鈦礦太陽(yáng)電池的制備41-42
• 5.3 結(jié)果及討論42-51
• 5.4 本章小結(jié)51-53
• 第6章 總結(jié)53-55
• 參考文獻(xiàn)55-63
• 作者簡(jiǎn)介63-64
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文64-65
• 致謝65

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1 孫尚梅;鄭云先;;鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類型功能材料的制備方法概述[J];延邊大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2008年02期

2 常振勇,崔連起;鈣鈦礦金屬氧化物催化劑的研究與應(yīng)用綜述[J];精細(xì)石油化工;2002年03期

3 楊志勝;楊立功;吳剛;汪茫;陳紅征;;基于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦有序結(jié)構(gòu)的異質(zhì)結(jié)及其光伏性能的研究[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2011年06期

4 陳志雄,周方橋,付剛,唐大海;鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷N型半導(dǎo)化評(píng)述[J];材料導(dǎo)報(bào);2000年03期

5 莊志強(qiáng);王蘊(yùn)輝;施紅陽(yáng);;鈮鎂酸鉛類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電多晶體的制備技術(shù)[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年03期

6 趙旭,栗萍,唐貴德,張變芳,禹日程;Nb摻雜對(duì)雙鈣鈦礦化合物居里溫度的影響[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào);2004年04期

7 范厚剛,姜偉棣,宮杰,楊麗麗,楊景海;LaNiO_3的制備及結(jié)構(gòu)的研究[J];吉林師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2004年02期

8 鐘偉,吳小玲,姜洪英,湯怒江,都有為;堿金屬摻雜ABO_3和A_3B_2O_7型鈣鈦礦磁卡、磁電阻效應(yīng)研究[J];稀有金屬;2003年05期

9 方亮,張輝,孟范成,洪學(xué)濵,劉韓星,袁潤(rùn)章;類鈣鈦礦新鈮酸鹽Ba_5LaTi_2Nb_3O_(18)的合成、結(jié)構(gòu)與介電特性[J];高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報(bào);2004年07期

10 歐陽(yáng)穎,秦永寧,馬智;納米鈣鈦礦的性能及應(yīng)用進(jìn)展[J];天津化工;2002年01期

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1 孟健;馮靜;劉孝娟;呂敏峰;劉建芬;周德鳳;;層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)化合物的電性和磁性的研究[A];中國(guó)化學(xué)會(huì)第二十五屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文摘要集（下冊(cè)）[C];2006年

2 童鵬;孫玉平;;錳基反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)功能材料研究進(jìn)展[A];2012中國(guó)功能新材料學(xué)術(shù)論壇暨第三屆全國(guó)電磁材料及器件學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

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9 隋郁;王陽(yáng);王先杰;王一;朱瑞濱;;鈣鈦礦La_(1-x)Ce_xCoO_3自旋態(tài)轉(zhuǎn)變驅(qū)動(dòng)的熱電響應(yīng)[A];2011中國(guó)材料研討會(huì)論文摘要集[C];2011年

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3 童鵬;反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鎳基化合物研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（合肥物質(zhì)科學(xué)研究院）;2007年

4 楊威;高活性納米LaFe系鈣鈦礦的控制合成及其催化脫除小分子污染氣體的機(jī)制研究[D];北京化工大學(xué);2013年

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1 肖池池;In摻雜SrCe_(0.95)Tm_(0.05)O_(3-δ)膜的穩(wěn)定性和透氫量研究[D];華南理工大學(xué);2015年

2 唐瑾;鈣鈦礦復(fù)合鐵電薄膜的制備研究[D];上海師范大學(xué);2015年

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本文編號(hào)：854220