發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 23:16

【摘要】：納米金顆粒在可見光和近紅外光譜區(qū)域范圍內(nèi)通過入射光來激發(fā)金屬中導(dǎo)帶的電子,產(chǎn)生強(qiáng)烈且可調(diào)控的表面等離子體共振效應(yīng)。在鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)中,納米金顆粒的摻入能夠改善二氧化鈦中的帶隙,從而實(shí)現(xiàn)電子傳輸層效率的提高。然而,當(dāng)均勻地分散在介孔二氧化鈦(m-TiO2)薄膜中時(shí),AuNPs可能通過形成導(dǎo)電溝道而產(chǎn)生短路,進(jìn)而降低電池器件效率�；诖藛栴},提出了一種在電子傳輸層m-TiO2中摻雜AuNPs的原位摻雜方法。將氯化金溶液直接加入到TiO2溶液通過日光照射完成HAuC14對Au原子的光解,并且在TiO2骨架內(nèi)隨機(jī)發(fā)生AuNPs的成核和生長,以避免由AuNPs的聚集引起的導(dǎo)電路徑的形成。并采用浸泡法將非晶層(a-TiO)引入鈣鈦礦太陽能電池器件結(jié)構(gòu),阻擋AuNPs 和鈣鈦礦層的相互作用。本文設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)為FTO/td-TiO2/Au@TiO2/aa-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro/Au 的器件,其中介孔層和非晶層的疊加能有效地縮短光電子從鈣鈦礦層到n型半導(dǎo)體的遷移距離,有效地降低了電子-空穴復(fù)合速率的同時(shí),還保證了鈣鈦礦太陽能電池效率提高的效果。鈣鈦礦層的光吸收效應(yīng)通過等離子體極化子到電子傳輸層,其中的AuNPs局部表面的光捕獲效應(yīng)使得器件性能得到提高。通過掃描電子顯微鏡和X射線衍射表征證實(shí)了 AuNPs在TiO2上的沉積。結(jié)果表明AuNPs顯示出較高的對比度識別并保持規(guī)則的幾何形狀。XRD表征中Au的四個(gè)晶型的標(biāo)定證實(shí)了通過原位方法摻雜的Au沉積在TiO2基質(zhì)上。紫外可見吸收光譜顯示AuNPs的摻入通過產(chǎn)生更多局部表面等離子體共振電荷對而增強(qiáng)了可見光的吸收。電化學(xué)阻抗譜(EIS)表征了 Au@TiO2基鈣鈦礦太陽能電池的內(nèi)阻和電荷轉(zhuǎn)移動力學(xué),本文中的原位法最大化了層間電子傳輸能力。綜上所述,Au@TiO2薄膜原位法顯示出較好的效果。具有保持表面等離子體共振散射的Au納米顆粒的所得復(fù)合材料可以用作鈣鈦礦太陽能電池中的有效電子傳輸層。通過無定形TiO2覆蓋層的組合,優(yōu)化的器件顯示出增強(qiáng)的更高的短路電流密度(24.16mA cm-2)和開路電壓(1.07V),實(shí)現(xiàn)16.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4;TQ134.11;TB383.1
【圖文】：

和試劑均按原樣使用，制備二氧化鈦薄膜及醇鈦Ｔｉ（ＯＣ３Ｈ７）４邋（９９％，Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ），碘化按邋ＭＡＩ邋（Ｄｙｅｓｏｌ），ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ邋（Ｌｕ磺酰亞胺鋰ＬｉＴＦＳＩ邋（Ａｌｆａ邋Ａｅｓａｒ），邋４－叔丁酸（：１１３（：００１１（３４１１＾－八１加吐），乙醇（：２１１６０ｅｎｇｄｕ），氯金酸（ＩＩＩ）邋（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ），四電氟摻雜的氧化錫玻璃（ＦＴＯ，薄層方阻１５邋ｎ的實(shí)驗(yàn)裝置包括制備各層薄膜使用的勻膠機(jī)，清洗機(jī)，以及在鈣鈦礦太陽能電池器件制備

片旋轉(zhuǎn)速度以及膠質(zhì)的變化分為四個(gè)階段：滴膠，加速旋轉(zhuǎn)，勻速旋轉(zhuǎn)以及去邊。其中逡逑第三階段勻速旋轉(zhuǎn)階段是膠質(zhì)涂層厚度和均勻性控制的重要階段。滴膠階段是將膠質(zhì)溶逡逑劑沉積在基片上中心位置的過程。其中本文手動滴加的過程中需要控制薄膜的厚度，均逡逑勻性及重復(fù)性。滴膠過程采用靜態(tài)滴膠或動態(tài)滴膠兩種方式，靜態(tài)滴膠即在基片旋轉(zhuǎn)之逡逑前將膠質(zhì)滴加沉積在基片并布滿，而動態(tài)滴膠則是基片一邊以一定的速度旋轉(zhuǎn)，一邊滴逡逑膠。其中當(dāng)膠質(zhì)或基片呈疏水性，可以選擇動態(tài)滴膠法，且動態(tài)滴膠法所需的滴膠量也逡逑相對較少。加速旋轉(zhuǎn)階段中基片以一定加速度旋轉(zhuǎn)，膠質(zhì)溶劑開始向基片邊緣擴(kuò)散，會逡逑有部分膠質(zhì)被甩出基片，在基片的加速旋轉(zhuǎn)階段，旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)時(shí)間的準(zhǔn)確控制關(guān)系逡逑到薄膜厚度等質(zhì)量指標(biāo)。在勻速旋轉(zhuǎn)階段，膠質(zhì)的粘性力和揮發(fā)作用是影響薄膜厚度與逡逑均勻性的重要因素。當(dāng)膠質(zhì)溶劑在加速旋轉(zhuǎn)至設(shè)定速度是，已經(jīng)形成一定厚度的涂層，逡逑在接下來的勻速旋轉(zhuǎn)過程中，膠質(zhì)涂層所受到各個(gè)方向的力達(dá)到平衡，涂層的厚度與質(zhì)逡逑量達(dá)到最終狀態(tài)。逡逑影響薄膜質(zhì)量的重要因素一般包括勻膠的轉(zhuǎn)速和時(shí)間。勻膠轉(zhuǎn)速越快，時(shí)間越長，逡逑薄膜厚度越薄，而實(shí)際操作過程中影響勻膠過程的可變因素更多，所以可重復(fù)性亦是勻逡逑膠工藝的重要指標(biāo)。逡逑ａｐｐｌｙ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｄｅ逡逑

紫外－臭氧清洗是一種去除表面污染物的常用且高效的方法，利用紫外－臭氧清洗機(jī)逡逑可以在室溫條件下對樣品進(jìn)行表面清潔。該方法操作便捷，成本低廉，屬干法工藝。逡逑如圖２．４的原理圖中所示，紫外－臭氧清洗機(jī)中的低壓汞放電管可以產(chǎn)生兩種波長的逡逑紫外光，分別為１８４．９邋ｎｍ和２５３．７邋ｎｍ。其中，１８４．９邋ｎｍ波段的光可以分解氧分子并合逡逑成臭氧（０３），而２５３．７邋ｎｍ波段的紫外光可以分解臭氧并產(chǎn)生高能活性氧（0＊）。圖中逡逑展示了紫外－臭氧清洗機(jī)的工作原理，即利用氧分子生成臭氧，接著進(jìn)一步產(chǎn)生高能活逡逑性氧，高能活性氧與待清洗樣品表面的有機(jī)物發(fā)生反應(yīng)，并在這個(gè)過程中對有機(jī)物分子逡逑進(jìn)行分解，主要產(chǎn)物即二氧化碳分子和水分子等，從而達(dá)到表面清潔的效果。逡逑紫外－臭氧清洗機(jī)主要可以去除掉的污染物包括光致抗蝕劑，樹脂，皮膚油脂，清逡逑潔溶劑殘留物以及硅油等，本文中樣品預(yù)處理環(huán)節(jié)涉及到多種上述有機(jī)物殘留物均可用逡逑本設(shè)備去除。逡逑基于上述紫外－臭氧清洗原理

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