發(fā)布時(shí)間：2021-04-07 16:49

　　有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是近年來(lái)發(fā)展迅速的一類(lèi)新型太陽(yáng)能電池,其具有光電轉(zhuǎn)換效率高、生產(chǎn)成本低、耗能低、可濕法制備等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于該類(lèi)電池,其核心材料如電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層的選取和制備,對(duì)電池性能有決定性的影響。另外,電池的界面性質(zhì)也嚴(yán)重影響電池的性能。本研究著重探索了電子傳輸層材料、鈣鈦礦吸光層材料的選擇與制備方法及其對(duì)電池器件光伏性能的影響,并對(duì)影響機(jī)制進(jìn)行了探討;同時(shí)開(kāi)展了電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層界面的修飾方法研究,對(duì)修飾后電池器件的光伏性能進(jìn)行了測(cè)試,并就界面修飾對(duì)光電性能的影響機(jī)理做了探究。主要研究成果如下:（1）在碘化鉛薄膜與甲胺碘粉末接觸反應(yīng)生成鈣鈦礦薄膜的過(guò)程當(dāng)中引入二甲亞砜（DMSO）溶劑,能夠誘導(dǎo)鈣鈦礦薄膜晶粒長(zhǎng)大、薄膜表面平整連續(xù)。實(shí)驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果表明,在15μL DMSO（腔體容積500 mL）形成的蒸汽氣氛中生長(zhǎng)的鈣鈦礦薄膜晶粒粒徑,由沒(méi)有DMSO蒸汽氣氛的300 nm增加到至少1200 nm,表面更平整。制備的鈣鈦礦器件的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）由11%提高到了14.33%。（2）三氨丙基3-甲氧基硅烷（APMS）水解產(chǎn)物對(duì)電子傳輸層/鈣鈦礦吸光層... 

【文章來(lái)源】：太原理工大學(xué)山西省 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：106 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

全世界生產(chǎn)能源組成對(duì)比圖

太陽(yáng)能電池根據(jù)吸光材料的不同可分為：晶體硅太陽(yáng)能電池、無(wú)機(jī)化合物薄膜太陽(yáng)能電池、有機(jī)太陽(yáng)能電池（包括染料敏化太陽(yáng)電池）[6]。無(wú)機(jī)太陽(yáng)能電池效率高、穩(wěn)定性好，但造價(jià)高昂、工藝復(fù)雜，能源收回時(shí)間長(zhǎng)[7]。有機(jī)太陽(yáng)能電池價(jià)格低廉、柔韌性好、制備簡(jiǎn)單，但有機(jī)材料多為無(wú)定形態(tài)、結(jié)晶度低，光譜響應(yīng)范圍窄、不易形成自由載流子，效率不高[8]。染料敏化太陽(yáng)能電池的液體電解質(zhì)具有腐蝕性，具有難封裝、穩(wěn)定性差、壽命短等缺陷[9]。為了克服現(xiàn)有太陽(yáng)能電池的缺點(diǎn)，研究人員期望研制出一種可以通過(guò)低溫溶液法制備的全固態(tài)太陽(yáng)能電池，綜合無(wú)機(jī)-有機(jī)薄膜技術(shù)以及染料敏化技術(shù)的新型太陽(yáng)能電池——鈣鈦礦結(jié)構(gòu)有機(jī)金屬鹵化物太陽(yáng)能電池，即是其中的一種全固態(tài)太陽(yáng)能電池[10]。有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池兼具太陽(yáng)能電池的大部分優(yōu)勢(shì)，包括廣泛的吸收光譜、低躍遷能量、高載流子遷移率、長(zhǎng)載流子擴(kuò)散距離、易調(diào)諧的能帶結(jié)構(gòu)，具有轉(zhuǎn)化效率高、價(jià)格低、易組裝等特點(diǎn)。在過(guò)去幾年中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)化效率從 3.8%增長(zhǎng)到了超過(guò) 22.1%[11]。各種不同太陽(yáng)能電池的效率增長(zhǎng)趨勢(shì)如下圖 1-2 所示。

圖 1-3 (a) 立方相鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)示意圖，(b)A 位陽(yáng)離子的十二配位結(jié)構(gòu)，(c) <100>雜化鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)示意圖[18]g. 1-3 (a) Crystal structure of cubic perovskite of general formula ABX3; (b) twelve-fold coordinaof the A-site cation; (c) the <100> oriented hybrid perovskite series with the general formula(RNH3)2An-1MnX3n+1效率普遍比較低，多為 10%以下。第四，載流子擴(kuò)散速度快，擴(kuò)散距離長(zhǎng)[3NH3PbI3中，電子和空穴遷移率分別可以達(dá)到 7.5 cm2V-1s-1和 12.5 cm2V-1s-1[3NH3PbI3薄膜中電子和空穴的擴(kuò)散長(zhǎng)度可達(dá)到 100 nm，摻雜氯之后其擴(kuò)散長(zhǎng)達(dá)到 1 微米，在 CH3NH3PbI3晶體中載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度可大于 100 微米[21]，遠(yuǎn)子在有機(jī)半導(dǎo)體中的擴(kuò)散長(zhǎng)度。第五，吸收光譜范圍大，且吸收系數(shù)高[23NH3PbI3的禁帶寬度為 1.55 eV，且在整個(gè)紫外可見(jiàn)區(qū)域都有較好的光吸收。此外，可以通過(guò)調(diào)控有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)組成改變其物理化學(xué)性質(zhì)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]A hole-conductor-free,fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability[J].   Science Foundation in China. 2014(02)
[2]環(huán)境污染、能源消費(fèi)與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)[J]. 張寶山,袁曉玲,張小妮.  科學(xué)決策. 2012(11)



本文編號(hào)：3123829