【摘要】：ABX_3型鹵化物鈣鈦礦是以[BX_6]~(4-)八面體作為骨架,A離子嵌在[PbI_6]~(4-)八面體間隙并與12個(gè)相鄰近的鹵素離子形成的立方晶體結(jié)構(gòu)。鹵化物鈣鈦礦具有優(yōu)異的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì),良好的成膜性,簡單的制備工藝,可用于多種器件結(jié)構(gòu)中等優(yōu)勢。自2009年首次將鹵化物鈣鈦礦作為光吸收層材料應(yīng)用于染料敏化太陽能中取得了3.8%的光電轉(zhuǎn)換效率之后,短短的幾年時(shí)間器件的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到22.7%,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過染料敏化太陽能電池與有機(jī)聚合物太陽能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率,成為光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在多種鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu)中,全印刷介觀TiO_2/Al_2O_3(/NiO)/碳電極型的器件結(jié)構(gòu)由于其制備過程簡單,制備成本低以及優(yōu)異的器件穩(wěn)定性等優(yōu)勢,成為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ钠骷Y(jié)構(gòu)。目前,與金屬電極鈣鈦礦太陽能電池相比,全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍然較低。此外,CH_3NH_3PbI_3是鈣鈦礦太陽能電池中研究最為廣泛的一類鈣鈦礦材料。但是,其差的熱穩(wěn)定性限制了其商業(yè)化的應(yīng)用。針對以上問題,本論文以全印刷介觀鈣鈦礦太陽能電池中光吸收材料與對電極作為研究對象開展了以下工作:(1)通過研究不同Cs取代量對Cs_x(FA_(0.4)MA_(0.6))_(1-x)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦材料性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)隨著Cs取代量的增加,吸收光譜隨之發(fā)生藍(lán)移,激子束縛能隨之增加。隨后,我們將不同Cs取代量的Cs_x(FA_(0.4)MA_(0.6))_(1-x)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦運(yùn)用于全印刷介觀TiO_2/Al_2O_3/NiO/碳電極器件結(jié)構(gòu)中,發(fā)現(xiàn)基于Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)的鈣鈦礦太陽能電池取得了17.02%的光電轉(zhuǎn)換效率。利用暫態(tài)光電壓/光電流衰減測試,電化學(xué)阻抗譜,多光強(qiáng)等測試研究了Cs的取代對器件內(nèi)載流子傳輸性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),與未用Cs取代的鈣鈦礦太陽能電池相比,Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦太陽能電池具有更長的載流子傳輸長度,能夠有效的減少載流子在傳輸過程中的復(fù)合反應(yīng)。此外,在Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦太陽能電池制中載流子處于平衡狀態(tài),不利于復(fù)合中心產(chǎn)生復(fù)合反應(yīng)。此外,Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦太陽能電池表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。(2)研究了不同Bi~(3+)摻雜量對Cs(Pb:xBi)I_2Br鈣鈦礦材料性質(zhì)的影響以及將其應(yīng)用于TiO_2/Al_2O_3/NiO/碳電極器件結(jié)構(gòu)中對器件性能的影響。隨著Bi離子摻雜量的增加,Cs(Pb:xBi)I_2Br鈣鈦礦材料的吸收光譜隨之發(fā)生紅移并會(huì)使鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)收縮。但是,Bi~(3+)摻雜后器件的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)發(fā)生驟降。我們利用時(shí)間分辨熒光光譜與電化學(xué)阻抗測試去探究器件性能降低的原因,我們發(fā)現(xiàn)在CsPbI_2Br鈣鈦礦中摻入Bi~(3+)后,薄膜內(nèi)的雙分子復(fù)合和缺陷態(tài)復(fù)合過程均變得更加嚴(yán)重。且Bi~(3+)的摻入會(huì)導(dǎo)致器件界面處的態(tài)密度分布變寬,致使器件界面處的缺陷態(tài)密度增加,界面處的復(fù)合過程加快。(3)利用NiO納米顆粒與單壁碳納米管制備出具有優(yōu)異空穴抽取能力的NiO/單壁碳納米管薄膜(~1.8μm)。我們將此薄膜應(yīng)用于全印刷鈣鈦礦太陽能電池中取得了12.7%的光電轉(zhuǎn)換效率。通過電化學(xué)阻抗測試發(fā)現(xiàn),以~1.8μm的NiO/單壁碳納米管薄膜作為對電極的器件具有更好的載流子收集效率。
【圖文】：

中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論1 緒論經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)保障。在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的油、天然氣等）的消耗總量也不斷增加。然而，世并且大規(guī)模使用傳統(tǒng)能源會(huì)帶來諸多的環(huán)境問題。球無法承受的邊緣，嚴(yán)重地破壞了自然界的生態(tài)平發(fā)展的限制，，減少對環(huán)境造成的污染，加大對新的。

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文鈣鈦礦膜中的深能級(jí)缺陷，得到了 22.1%的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率，1 cm-2時(shí)的光電轉(zhuǎn)換效率為 19.7%[79]。目前，已經(jīng)有研究小組制備出 NREL 認(rèn)證的 22.7%的光電轉(zhuǎn)換效率，這是目前鈣鈦礦太陽電池中最高的光電轉(zhuǎn)換效率（如圖 1-7 所示）。但是，還未出現(xiàn)相關(guān)文章的報(bào)道[80]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Alternate redox electrolytes in dye-sensitized solar cells[J];Chinese Science Bulletin;2012年32期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 季庚午;鈣鈦礦太陽能電池中界面電子結(jié)構(gòu)的研究[D];中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2017年

2 劉通發(fā);全印刷介觀太陽能電池間隔層及鈣鈦礦晶體生長調(diào)控研究[D];華中科技大學(xué);2016年

3 曹昆;介觀太陽能電池光吸收材料與介孔膜結(jié)構(gòu)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

4 徐曉寶;鈣鈦礦太陽能電池工作機(jī)理、回滯、降解研究[D];華中科技大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 陳晶;高效率有機(jī)鈣鈦礦太陽能電池的研究[D];東南大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2697427