發(fā)布時(shí)間：2020-06-24 12:16

【摘要】：針對(duì)目前鈣鈦礦太陽能電池中有機(jī)空穴傳輸材料化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定、金電極昂貴等問題,本文旨在制備一種價(jià)格低廉、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的無機(jī)空穴傳輸材料來取代昂貴的有機(jī)空穴傳輸材料,同時(shí),制備碳基復(fù)合材料作為對(duì)電極,以摒棄金電極的使用。本文采用金屬醇鹽法制備了Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體,通過對(duì)該前驅(qū)體采用不同的工藝進(jìn)行煅燒可以制得不同的碳基復(fù)合材料。通過改變Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體煅燒的溫度、時(shí)間、氣氛、以及在煅燒時(shí)加入碳源,可以制得不同組織結(jié)構(gòu)的NiO/rGO、Ni/rGO和Ni/CNTs/rGO復(fù)合材料。采用XRD、SEM和TEM對(duì)不同工藝制得的碳基復(fù)合材料的表面形貌、物相成分以及組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征分析。通過將NiO/rGO作為空穴傳輸材料、將Ni/rGO和Ni/CNTs/rGO作為對(duì)電極應(yīng)用到鈣鈦礦太陽能電池器件上,探究了不同組織結(jié)構(gòu)的碳基復(fù)合材料對(duì)電池器件光伏性能的影響。通過改變Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體在空氣氣氛中煅燒的溫度(一步煅燒),可以得到物相純凈的NiO/rGO產(chǎn)物,且當(dāng)煅燒溫度為300℃時(shí),rGO表面可以負(fù)載致密的納米晶NiO,粒徑約為5nm。改變Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體煅燒的工序,即先將該前驅(qū)體在H2氣氛中煅燒還原、然后在空氣氣氛中煅燒氧化(兩步煅燒),可以使rGO表面負(fù)載約100nm粒徑的NiO顆粒。改變Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體在H2氣氛中的煅燒溫度,可以制得Ni/rGO復(fù)合材料,且400℃煅燒比500℃煅燒得到的Ni/rGO片層團(tuán)聚少,Ni顆粒在rGO表面負(fù)載的更均勻。Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體在H2氣氛中煅燒的同時(shí)加入二氰二胺作為碳源,可以制備Ni/CNTs/rGO復(fù)合材料,能夠達(dá)到rGO表面同時(shí)負(fù)載Ni和CNTs的效果。本文探究并優(yōu)化了常規(guī)鈣鈦礦太陽能電池器件的制作工藝,并對(duì)其組織結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行了闡述說明。在此基礎(chǔ)上,分別將一步煅燒、兩步煅燒制得的NiO/rGO作為空穴傳輸材料應(yīng)用到鈣鈦礦太陽能電池器件中,結(jié)果表明,基于一步煅燒(300℃/1h、空氣氣氛)制得的NiO/rGO用作空穴傳輸層的電池效率達(dá)到了4.13%,實(shí)現(xiàn)了NiO/rGO復(fù)合材料在鈣鈦礦太陽能電池器件的成功應(yīng)用。將Ni-EG螯合物/rGO前驅(qū)體在400℃和500℃、H2氣氛中煅燒制得的Ni/rGO作為對(duì)電極,以及將CNTs改性得到的Ni/CNTs/rGO作為對(duì)電極材料應(yīng)用到鈣鈦礦太陽能電池中,結(jié)果表明,噴涂400℃煅燒制得的Ni/rGO可使其與鈣鈦礦層形成較好的界面結(jié)合,相應(yīng)的電池效率達(dá)到4.24%。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文轉(zhuǎn)換效率達(dá)到 9.7%。在 2013 年，Liu 等人[4]采用氣相沉積法制備出了平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池，效率達(dá)到 15.4%。2014 年，Yang 等人將 Y 元素的摻雜 TiO2作為電子傳輸層，并通過修飾 ITO 層使其功函數(shù)降低更利于電子傳輸，得到的器件效率達(dá)到 19.3%。2015 年，Seok 課題組通過分子交換方法制備出了質(zhì)量高的 FAPbI3的光活性層，從而取得了 20.1%的效率。Alex Zettl 等人[5]做 出 了 結(jié) 構(gòu) 為 GaN/CH3NH3SnI3/monolayer h-BN/CH3NH3PbI3-xBrx/HTL 和graphene aerogel/Au 的器件，平均效率達(dá)到 18.4%，最好的效率能達(dá)到 21.7%。Tan 等人[5]通過界面鈍化減少了界面復(fù)合，實(shí)現(xiàn)了 20.1%轉(zhuǎn)換效率，在室溫下放置 500 小時(shí)后效率仍達(dá)到起始效率的 90%。2017 年，Yang 等人[7]通過在有機(jī)陽離子溶液中引入額外的碘離子，使得在分子交換過程中減少阱深缺陷的產(chǎn)生，這種方法做出的器件效率經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)美國國家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室(NREL)認(rèn)證達(dá)到了 22.1%。

圖 1-2 鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)體的結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性是由容差因子 t 和八面體因子 μ公式（1-1）和（1-2）所示：t=RA+RX√2(RB+RX)μ=RBRXA 離子的有效半徑；B 離子的有效半徑；X 離子的有效半徑。鈦礦（X=F、Cl、Br 和 I）而言，通常有 0.81 < 1 時(shí)，它是立方結(jié)構(gòu)；如果 t < 0.89，它的結(jié)構(gòu)將斜方結(jié)構(gòu)。除了離子半徑會(huì)對(duì)鈣鈦礦結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響通常而言，高溫相為立方相。

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本文編號(hào)：2727852