【摘要】：近些年來,能源短缺的問題已經(jīng)成為阻礙全球經(jīng)濟發(fā)展和引發(fā)世界局部戰(zhàn)爭的關(guān)鍵因素。各國不約而同地把發(fā)展的方向轉(zhuǎn)向了可再生能源,其中,以清潔環(huán)保、資源豐富的太陽能為代表的新能源最為引人注目。鈣鈦礦太陽能電池是一種新型第三代光伏技術(shù)。在短短數(shù)年之內(nèi),其光電轉(zhuǎn)化效率便從9.7%躍升至22.7%是目前效率提升最為迅速的光伏體系�？傮w上,鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)可以分為介孔結(jié)構(gòu)和平板結(jié)構(gòu)。近年來,一種新興的介孔型鈣鈦礦太陽能電池使用介孔碳作為背電極,其制作方法簡單、所用材料成本低,實現(xiàn)了鈣鈦礦太陽能電池連續(xù)生產(chǎn)工藝和低成本的完美結(jié)合,具有巨大的應(yīng)用前景。本論文便是以基于碳電極的鈣鈦礦太陽能電池為研究目標,通過引入不同的氨基戊酸堿式鹽作為鈣鈦礦材料的添加劑,探究兩性有機分子的堿式水解產(chǎn)物對器件性能的影響規(guī)律。實驗內(nèi)容主要包括以下三個方面:(1)確定碳單基板結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池最優(yōu)的制備方法。首先,針對電池的烘干條件進行了實驗探索,采用不同的加熱方式和加熱時間對器件進行處理,最終在鋁基加熱臺上烘6小時得到的器件光電性能最好,對應(yīng)器件的短路電流、電壓及填充因子數(shù)值都較高,電池效率達到了11.48%。這種加熱方式使得器件受熱均勻且集中,器件內(nèi)部溶劑的揮發(fā)更順利因而有利于鈣鈦礦晶體的生長,并且使得鈣鈦礦填充地更加完全和均勻。(2)在MAPbI_3鈣鈦礦溶液中引入氨基戊酸堿式鹽(有機堿)。將5-氨基戊酸分別與甲胺和乙胺反應(yīng)制得了CH_3NH_3-(5-AVA)和C_2H_5NH_3-(5-AVA),并將其引入到了鈣鈦礦前驅(qū)體溶液當中,制備的器件相較于摻雜了I-(5-AVA)的(5-AVA)_xMA_(1-x)PbI_3型鈣鈦礦太陽能電池的電學(xué)性能并沒有提高,反而降低。引入的物質(zhì)對鈣鈦礦晶體的生長并沒有起到明顯地積極作用。(3)在MAPbI_3鈣鈦礦溶液中引入氨基戊酸堿式鹽(無機堿)。將5-氨基戊酸與無機堿(NH_4OH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH)進行反應(yīng),合成了一系列氨基戊酸無機堿式鹽,并作為添加劑改性MAPbI_3鈣鈦礦太陽能電池。通過對電池進行J-V曲線的測試和對材料進行其他的表征與測試,確定了這些無機堿式鹽中,Cs-(5-AVA)的引入對鈣鈦礦晶體的生長起到了改善作用,摻雜了Cs-(5-AVA)的Cs_xMA_(1-x)PbI_(3-x)(5-AVA)_x鈣鈦礦太陽能電池的電學(xué)性能優(yōu)良,最優(yōu)器件的光電轉(zhuǎn)換效率達到了12.19%。在實驗過程中通過對電池進行不同的加熱處理,發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)異地?zé)岱�(wěn)定性,在100℃熱臺上加熱500小時,器件仍可以保持88%的初始效率。XRD圖譜也證實了Cs_xMA_(1-x)-x PbI_(3-x)(5-AVA)_x鈣鈦礦確實在加熱狀態(tài)下分解速度緩慢。將Cs-(5-AVA)引入后,MAPbI_3鈣鈦礦結(jié)晶在生長過程中,5-AVA作為模板,引導(dǎo)3D鈣鈦礦材料形成大量2D/3D界面,有效地抑制了離子的遷移。同時,Cs~+與I~-結(jié)合,兩者之間具有非常強的結(jié)合能,因此I~-的遷移受到了Cs~+的限制,使得MAPbI_3鈣鈦礦獲得了很好的熱穩(wěn)定性。
【圖文】：

池制備工藝過程十分復(fù)雜，極大地限制了其發(fā)第二代多元化合物薄膜太陽能電池，主要是 Te[13]太陽能電池等。這類太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效電池的制備過程非常簡便，所需原材料較少，但這類電池所使用的材料含有稀有金屬，儲量性，極大地制約了這類太陽能電池的應(yīng)用；第鈣鈦礦太陽能電池、量子點太陽能電池和有機池。該類太陽能電池使用的材料成本低、生產(chǎn)新興的雜化鈣鈦礦太陽能電池更是在短短的時%[14]，，這種增長速度是在其他太陽能電池發(fā)展過新型薄膜太陽能電池大多還處在實驗室研發(fā)階正實現(xiàn)大規(guī)模的商業(yè)化生產(chǎn)，還有很長的路要電池的工作原理

圖 1-2 太陽能電池的 J-V 曲線段，太陽能電池的性能表征主要是在模擬的一個標準太陽光變化的電壓，測量對應(yīng)的電流密度，得到的伏安特性曲線，即 。通過曲線可以得到幾個常用參數(shù)：開路電壓（Voc）電壓是相對于負載電壓來說的，指沒有接上負載時測量出來要是與 P 型材料和 N 型材料的準費米能級差有關(guān)，也與電池的接觸情況和電池中電荷的復(fù)合有關(guān)。短路電流（Jsc）電流是指電池在發(fā)生短路這種條件下在電池中形成閉合回路與對應(yīng)制備電池的材料的帶隙關(guān)聯(lián)密切。最大功率（Pmax）能電池的每一個偏壓V，都對應(yīng)太陽能電池的一個輸出功率P（電池的最大輸出功率則對應(yīng)了這個太陽能電池的伏安特性曲
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2599989