【摘要】：鈣鈦礦材料作為制備光伏/光探測器件,因其具有激子結合能小,吸收系數高,載流子擴散長度較長等特點,近年來引起了學術界廣泛的關注。到目前為止,隨著材料的升級換代、制備方法和器件結構的進步,器件性能得到了迅速的發(fā)展并且其光伏器件的轉換效率已經超過了23%。該論文是基于通過使用鈣鈦礦材料作為活性層制備的體異質結結構的光電器件,并且通過器件結構的設計和薄膜離子調控兩方面研究其對器件光電性能的影響,具體內容分為以下兩個部分:首先制備了一種具有能帶梯度的鈣鈦礦太陽能電池,器件結構為ITO/NiO/MAPbI_(3-x)Br_x(x=0,1,2或3)/ETL(ICBA,PCBM或ICBA:PCBM)/Al。其特征在于由不同帶隙寬度的子電池單元水平串聯排列而成,其中攜帶不同能量的入射光子依次被四個不同的子電池單元MAPbI_xBr_(3-x)俘獲,這種器件結構的優(yōu)勢在于盡可能地減少熱力學損失和改善鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓�；谶@種光吸收結構,通過調整入射光的光路途徑,由高到低能量的光子被不同帶隙的子電池單元分別捕獲,其中子電池單元即MAPbI_(3-x)Br_x(x=0,1,2或3)。四個子電池單元分別產生的開路電壓值范圍是1.15 V到1.54 V,四節(jié)串聯的子電池得到的總開路電壓為5.3 V。這一新型結構的鈣鈦礦太陽能電池極大地促進了能量轉換效率的提高,其效率從純MAPbI_3電池器件的18%提高到21.3%。接著提出了一種簡單的一步刷涂法制備鈣鈦礦(CH_3NH_3PbI_(2.61)Br_(0.39))可見光探測器,該方法可以在改變鈣鈦礦薄膜中離子的組成的同時,優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的形貌,并且具有以下幾個優(yōu)點:刷涂所用的刷毛材料對溶液中的離子具有選擇吸附性,可用于鈣鈦礦薄膜的離子調節(jié);由于刷涂工藝的使用,鈣鈦礦薄膜中過量的PbI_2可以鈍化晶體邊界中的缺陷,從而抑制暗電流;根據刷涂過程中離子的富余量,有利于在原溶液中確定各組分的合適比例,從而提前優(yōu)化過量離子的含量;制備的鈣鈦礦薄膜具有較高的質量和較少的晶界,使得鈣鈦礦材料更不易降解。結果表明,相較于常規(guī)旋涂工藝制備的鈣鈦礦光探測器來說,基于刷涂工藝制備的光電探測器其暗電流為1.51×10~(-12)A,探測率為7.69×10~(12)Jones。綜上所述,研究所制備的鈣鈦礦光伏/光探測器件性能相比于傳統(tǒng)的器件來說都得到了提升,這為鈣鈦礦光伏/光探測器件的商業(yè)化提供了一種新的可能。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

2.1 有機無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料有機無機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的晶體結構為 ABX3結構，如圖 2-1 所示[24]，其中 A 一般代表有機陽離子（如 CH3NH3+，HC(NH2)2+），A 位于鈣鈦礦晶體結構中立方體的 8 個頂點處，這種結構主要是為了保持晶格中電荷量的平衡，另外，鈣鈦礦材料的能隙大小受到 A 有機陽離子半徑的影響。其中 B 一般代表鈣鈦礦材料晶體結構中的陽離子（如 Pb2+，Sn2+），B 位于鈣鈦礦晶體結構中立方體的正中心，對于常見的兩種 B 陽離子來說，Pb2+陽離子常常被人們所使用，但由于其毒性很大，因此對環(huán)境污染極為嚴重，所以科研人員們也常常會使用無毒的 Sn2+陽離子來進行代替。研究結果表明，使用兩種元素混合制備的鈣鈦礦半導體材料的帶隙可以在 1.17 eV 至 1.55 eV 之間變化；在鈣鈦礦材料晶體的結構中，X 通常代表位于鈣鈦礦晶體結構中立方體面心上的鹵素陰離子，通常為 I-，Br-，C1-等。與此同時，通過替換不同種類的鹵素陰離子或者混合多種鹵素陰離子的方法，也可以達到調節(jié)鈣鈦礦材料帶隙的作用，并且隨著大半徑離子的加入，其帶隙的紅移也愈加明顯[25-27]。

能電池極為類似。在介孔結構中，鈣鈦，這樣的結構使鈣鈦礦材料的沉積變得多制備高質量鈣鈦礦薄膜技術的出現之的鈣鈦礦太陽能電池，然而，常規(guī)的介孔構中可以充分吸收光，可能會引起較低的鈣鈦礦太陽能電池中電子的擴散長度時，通常會表現出較低的電荷收集效率，的鈣鈦礦太陽能電池來說，其主要缺點m 波長范圍內光吸收較弱。此外，介孔層規(guī)模生產中所使用的襯底材料特性不兼，純粹的介孔器件結構逐漸變得越來越構或平面異質結結構，以其更高的器件介孔結構的太陽能電池的優(yōu)點是具備可結構器件中表現出來，將在下文進行詳

第二章 鈣鈦礦太陽能電池的概述鈦礦太陽能電池出現后不久，雙層結構之應運而生[44]。如圖 2-4 所示，在雙層結一層鈣鈦礦覆蓋層，雙層結構制備的鈣效率并且具備良好的遲滯特性。在這種度通常比普通的介孔鈣鈦礦層要更薄一器件的關鍵。平衡介孔層和覆蓋層的厚陽能電池來說十分重要，介孔層和覆蓋小的遲滯，但是這也使鈣鈦礦薄膜的沉

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