本文關鍵詞：鈣鈦礦型有機鉛鹵化合物材料制備及其光電性能研究

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【摘要】：鈣鈦礦型有機鉛鹵化合物材料因其載流子遷移率高、禁帶寬度可調控以及可低溫溶液合成等優(yōu)點,是制備低成本、高效率太陽能電池的理想材料。目前,吸收層為鈣鈦礦型材料的平板太陽能電池存在著貴金屬對電極材料價格昂貴以及一步旋涂法難于獲得致密薄膜等問題,制約了其商業(yè)化應用。本文采用蒸發(fā)溶劑法和研磨煅燒法制備了性能優(yōu)異的鈣鈦礦型有機鉛碘化合物(CH3NH3PbI3),探究了一步旋涂法制備致密的CH3NH3PbI3薄膜的最優(yōu)條件。同時,采用一步旋涂法制備出具有純相結構的鈣鈦礦型混合鹵素化合物(CH3NH3PbI3-xClx)薄膜,并組裝了平板太陽能電池。進而在鈣鈦礦型材料的平板太陽能電池的基礎上,組裝了鈣鈦礦型材料的纖維狀太陽能電池。首先通過控制CH3NH3PbI3前驅體溶液濃度,旋涂轉速以及基底預熱溫度等條件,采用一步旋涂法制備出致密的CH3NH3PbI3薄膜。薄膜呈樹枝狀,厚度約為750 nm,光吸收性能優(yōu)異。帶隙值為1.53 eV,波長在400～800 nm范圍內,光吸收率在85%以上,是太陽能電池理想的光吸收層材料。進一步組裝CNTs/P3HT/CH3NH3PbI3二氧化鈦/FTO結構的平板太陽能電池。在標準光源(AM1.5,100 mW·cm-2)下,太陽能電池的開路電壓為0.5 V,短路電流密度為0.97 mA·cm-2,填充因子為0.213,能量轉換率為O.104%。其次為進一步提高鈣鈦礦型材料的性能,本文用Cl元素部分取代CH3NH3PbI3中的Ⅰ元素。在制備出CH3NH3PbI3致密薄膜的最優(yōu)條件下制備CH3NH3PbI3-xClx薄膜,控制鈣鈦礦前驅體溶液中PbCl2和CH3NH3I的比例(1：2,1：3和1：4),并分別組裝CNTs/P3HT/CH3NH3PbI3-xClx/TiO2/FTO結構的平板太陽能電池。研究表明,在標準光源下,當PbCl2與CH3NH3I的比例為1：3時,電池的能量轉換效率為0.528%,與CH3NH3PbI3平板太陽能電池相比,效率提高了3.8倍。最后設計并組裝CNTs/P3HT/CH3NH3PbI3及CH3NH3PbI3-xClx/二氧化鈦/Ti結構的纖維狀太陽能電池,采用排列整齊的Ti02納米管作為電子傳輸層,碳納米管薄膜作為對電極。當Ti02納米管管徑約為70 nm,長度約為3.455μm時,在標準光源下,CH3NH3PbI3纖維太陽能電池的能量轉換效率為0.751%；當PbCl2與CH3NH3I的比例為1：3時,CH3NH3PbI3-xClx纖維太陽能電池的能量轉換效率為2.04%。與鈣鈦礦型平板太陽能電池相比,纖維狀電池能夠獲得更高的能量轉換效率。
【關鍵詞】：鈣鈦礦 有機鉛碘化合物 混合鹵素化合物 太陽能電池
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ264.22;TM914.4
【目錄】：

• 學位論文數據集3-4
• 摘要4-6
• ABSTRACT6-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 太陽能電池16-17
• 1.2 鈣鈦礦型化合物太陽能電池17-20
• 1.3 鈣鈦礦型有機無機雜化材料20-24
• 1.3.1 鈣鈦礦材料及其結構20-21
• 1.3.2 鈣鈦礦型材料的性質21-24
• 1.4 鈣鈦礦型薄膜沉積方法的研究進展24-28
• 1.5 本論文的研究意義及目的28-29
• 1.6 本論文研究內容29-32
• 第二章 實驗部分32-38
• 2.1 實驗藥品及原料32-33
• 2.2 實驗儀器33-34
• 2.3 物相表征34-35
• 2.3.1 X射線衍射(XRD)表征34
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡(SEM)表征34
• 2.3.3 能譜儀(EDS)表征34-35
• 2.3.4 拉曼光譜(Raman)表征35
• 2.4 光電性能測試35-38
• 2.4.1 紫外可見光光譜(UV-vis)測試35
• 2.4.2 霍爾(Hall)測試35-36
• 2.4.3 光電響應測試36
• 2.4.4 光致熒光光譜(PL)測試36
• 2.4.5 J-V曲線測試36-38
• 第三章 鈣鈦礦型化合物的制備及其光電性能研究38-50
• 3.1 鈣鈦礦型有機鉛碘化合物制備38-40
• 3.1.1 甲基碘化銨的制備38-39
• 3.1.2 蒸發(fā)溶劑法制備鈣鈦礦型有機鉛碘化合物39
• 3.1.3 研磨煅燒法制備鈣鈦礦型有機鉛碘化合物39-40
• 3.2 鈣鈦礦型混合鹵素化合物制備40
• 3.3 鈣鈦礦型有機鉛碘化合物的表征40-44
• 3.3.1 物相結構表征40-42
• 3.3.2 光學性能測試42-44
• 3.4 鈣鈦礦型混合鹵素化合物的表征44-49
• 3.4.1 物相結構表征44-46
• 3.4.2 光學性能測試46-49
• 3.5 本章小結49-50
• 第四章 鈣鈦礦型平板太陽能電池研究50-64
• 4.1 一步法制備鈣鈦礦型有機鉛碘化合物薄膜50-58
• 4.1.1 旋涂轉速數對薄膜的影響50-52
• 4.1.2 預熱溫度對薄膜的影響52-55
• 4.1.3 前驅體溶液濃度對薄膜的影響55-58
• 4.2 鈣鈦礦型有機鉛碘化合物平板太陽電池研究58-60
• 4.2.1 電池結構58-59
• 4.2.2 電池性能測試59-60
• 4.3 鈣鈦礦型混合鹵素化合物平板太陽電池的研究60-63
• 4.3.1 電池結構60-61
• 4.3.2 電池性能測試61-63
• 4.4 本章小結63-64
• 第五章 鈣鈦礦型纖維狀太陽能電池研究64-74
• 5.1 鈣鈦礦型纖維電池的結構設計64
• 5.2 鈣鈦礦型纖維電池的組裝64-66
• 5.3 纖維狀電池組件性能表征66-70
• 5.4 纖維狀鈣鈦礦型太陽能電池性能測試70-71
• 5.5 穩(wěn)定性測試71-72
• 5.6 本章小結72-74
• 第六章 全文總結74-76
• 參考文獻76-82
• 致謝82-84
• 作者與導師簡介84-85
• 專業(yè)學位碩士研究生學位論文答辯委員會決議書85-86

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