本文關鍵詞：金屬氧化物陰極緩沖層材料的合成及在鈣鈦礦太陽能電池中的應用

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【摘要】：鈣鈦礦太陽能電池由于其持續(xù)快速提升的高效率、制備工藝簡單、成本低以及可實現柔性大面積印刷等優(yōu)勢,受到越來越多研究者的關注,成為光伏電池領域的研究熱點。目前提高鈣鈦礦電池光電轉換效率及改善其穩(wěn)定性的方法主要包括器件結構的優(yōu)化、鈣鈦礦晶體薄膜的形貌調控和界面緩沖層的修飾等。本論文針對不同器件結構,從界面修飾角度出發(fā),分別研究金屬氧化物陰極緩沖層在鈣鈦礦電池器件中的應用。一方面,對于p-i-n平面結構,系統(tǒng)研究氧化鋅(ZnO)-聚合物復合陰極緩沖層對鈣鈦礦器件的影響。另一方面,在n-i-p結構中,考察二氧化鈦(Ti O2)電子傳輸層、鈣鈦礦光活性層和聚(3-己基噻吩)(P3HT)空穴傳輸層制備工藝條件對鈣鈦礦電池性能的影響。具體研究內容如下:(1)ZnO納米顆粒-聚[9,9-二辛基芴-9,9-雙(N,N-二甲基胺丙基)芴](ZnO:PFN)和ZnO納米顆粒-聚乙烯亞胺(ZnO:PEI)復合物的制備及器件性能研究。采用溶液法制備ZnO:PFN和ZnO:PEI復合墨水,考察了復合質量比對器件光伏性能及穩(wěn)定性的影響,借助原子力顯微鏡(AFM)分析復合薄膜形貌,探究復合薄膜作用機理。結果表明:當PCBM(20 mg/mL)旋涂轉速為1500 rpm,ZnO墨水濃度為6 mg/mL,pfn墨水濃度為1mg/ml,二者復合質量比為2:1時,復合薄膜作為陰極緩沖層的鈣鈦礦電池器件voc=0.90v,jsc=18.41ma/cm2,ff=0.77,pce=12.64%,效率提高約40%。zno:pfn復合陰極緩沖層的引入可提高鈣鈦礦器件穩(wěn)定性,持續(xù)光照700h,引入zno:pfn復合陰極緩沖層前后鈣鈦礦器件pce分別衰減73%和52%;當pcbm(20mg/ml)旋涂轉速為1000rpm,zno墨水濃度為6mg/ml,pei墨水濃度為0.2mg/ml,二者復合質量比為7.5:1時,復合薄膜作為陰極緩沖層的鈣鈦礦電池器件voc=0.84v,jsc=18.42ma/cm2,ff=0.76,pce=11.76%,光電轉換效率提高約17%。持續(xù)光照665h后,引入zno:pei復合陰極緩沖層前后鈣鈦礦器件pce分別衰減77%和57%,電池穩(wěn)定性得到提高;與zno:pfn復合薄膜陰極緩沖層對p-i-n結構鈣鈦礦電池光伏性能及穩(wěn)定性的提高相比,zno:pei復合薄膜陰極緩沖層效果略差,但從器件性能及制作成本上綜合考慮,zno:pei復合薄膜具有更好的應用前景。(2)tio2/perovskite/p3ht結構n-i-p型鈣鈦礦電池電極界面優(yōu)化及器件性能研究。采用溶膠凝膠結合旋涂法制備tio2薄膜,研究tio2薄膜退火溫度、鈣鈦礦(pvsk)薄膜制備工藝、p3ht膜厚、p3ht批次差異及摻雜改性對器件性能的影響。結果表明:以300℃退火的tio2薄膜為電子傳輸層,pvsk膜厚為190nm,p3ht膜厚為60nm,以未摻雜p1(p3ht,北京solarmerenergy公司)作為空穴傳輸材料,pce最優(yōu)為4.88%;p3ht材料規(guī)整度、分子量分布等對載流子傳輸性能有明顯影響,以摻雜P2(P3HT,西安寶萊特光電科技有限公司,Rr=87%,Mw=21,000 g/mo L)為空穴傳輸層材料,所得器件效率最高,達到8.18%;以500℃高溫退火TiO_2薄膜為電子傳輸層,基于以上制備工藝及優(yōu)選P3HT材料的器件VOC=0.98 V,JSC=17.90 mA/cm2,FF=0.66,PCE=11.54%。
【關鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 ZnO 復合陰極緩沖層 TiO_2 P3HT
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-32
• 1.1 引言12-13
• 1.2 鈣鈦礦太陽能電池簡介13-20
• 1.2.1 鈣鈦礦型有機-無機雜化物簡介13-15
• 1.2.2 鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展簡史15-16
• 1.2.3 鈣鈦礦太陽能電池工作原理及器件結構16-18
• 1.2.4 鈣鈦礦太陽能電池的性能參數18-20
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池中電極界面緩沖層材料研究進展20-29
• 1.3.1 用于n-i-p結構鈣鈦礦電池的電極緩沖層材料21-26
• 1.3.2 用于p-i-n結構鈣鈦礦電池的電極緩沖層材料26-29
• 1.4 研究目的與研究內容29-32
• 1.4.1 研究目的29-31
• 1.4.2 研究內容31-32
• 第二章 聚合物修飾ZnO復合薄膜作為陰極緩沖層在鈣鈦礦電池中的應用32-58
• 2.1 引言32
• 2.2 實驗部分32-36
• 2.2.1 實驗原料32-33
• 2.2.2 復合墨水的配制33-34
• 2.2.3 p-i-n結構鈣鈦礦太陽能電池器件的制備過程34-35
• 2.2.4 表征與測試35-36
• 2.3 結果與討論36-56
• 2.3.1 ZnO墨水和薄膜形貌分析36-37
• 2.3.2 ZnO墨水濃度及旋涂轉速優(yōu)選37-39
• 2.3.3 ZnO:PFN復合薄膜陰極緩沖層在鈣鈦礦電池中的應用39-51
• 2.3.4 ZnO:PEI復合薄膜陰極緩沖層在鈣鈦礦電池中的應用51-56
• 2.4 本章小結56-58
• 第三章 TiO_2/Perovskite/P3HT結構n-i-p型鈣鈦礦電池電極界面優(yōu)化與器件性能58-72
• 3.1 引言58-59
• 3.2 實驗部分59-61
• 3.2.1 實驗原料59
• 3.2.2 TiO_2納米墨水合成及其薄膜制備59-60
• 3.2.3 n-i-p結構鈣鈦礦太陽能電池制備過程60-61
• 3.2.4 表征與測試61
• 3.3 結果與討論61-70
• 3.3.1 低溫TiO_2物相分析61-62
• 3.3.2 TiO_2退火溫度對鈣鈦礦器件性能的影響62-64
• 3.3.3 鈣鈦礦厚度對器件性能的影響64
• 3.3.4 P3HT厚度對器件性能的影響64-65
• 3.3.5 P3HT摻雜對器件性能的影響65-66
• 3.3.6 P3HT批次及添加劑對器件性能的影響66-68
• 3.3.7 基于高溫退火TiO_2的鈣鈦礦器件68-70
• 3.4 本章小結70-72
• 第四章 結論與展望72-74
• 4.1 結論72-73
• 4.2 展望73-74
• 參考文獻74-82
• 致謝82-84
• 碩士期間發(fā)表的論文及其研究成果84

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