基于有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池穩(wěn)定性的研究

發(fā)布時(shí)間：2020-09-03 12:26

　　近年來(lái),以有機(jī)金屬鹵化物為吸光材料的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Organic-Inorganic Hybrid Perovskite Solar Cells,HPVSs)成為目前新一代太陽(yáng)能電池研究的重要方向。隨著溶劑工程、元素?fù)诫s、界面處理和新型空穴傳輸材料等一系列技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(Power Conversion Efficiency,PCE)在短短十年的時(shí)間內(nèi)就提升到了23.7%,接近單晶硅的光電轉(zhuǎn)化效率。但是,鈣鈦礦材料對(duì)光照、熱,尤其是水,特別敏感,長(zhǎng)時(shí)光照、高溫和較高濕度,都會(huì)引起鈣鈦礦材料的分解,從而影響器件性能,也限制了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的實(shí)際應(yīng)用,阻礙了其工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。為制備得到高效穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件,本論文分別從結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)鈣鈦礦薄膜制備工藝兩個(gè)方面進(jìn)行研究。通過(guò)在鈣鈦礦器件的空穴傳輸層(Hole-Transport Layer,HTL)中摻雜還原氧化石墨烯(Reduced Graphene Oxide,rGO)提高器件的效率及穩(wěn)定性。利用石墨烯及其衍生物材料比表面積大、電性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn),在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸層(Hole-Transport Layer,HTL)中摻雜一定比例的還原氧化石墨烯,提高HTL的載流子輸運(yùn)性能,提高器件效率;同時(shí),rGO可以通過(guò)對(duì)鋰離子的吸附抑制鋰離子在空穴傳輸層中的遷移,通過(guò)阻擋鋰離子遷移至空穴傳輸層(HTL)表面而吸水來(lái)保護(hù)器件,降低水分子引起的材料降解,提高器件的穩(wěn)定性。通過(guò)采用溴化甲胺滴旋處理的方法優(yōu)化鈣鈦礦電池薄膜的制備工藝,實(shí)現(xiàn)了在低溫條件下制備具有大晶粒表面平整的鈣鈦礦薄膜。即采用滴旋的方法,即將部分陽(yáng)離子混合碘化鉛制備前驅(qū)體溶液旋涂,在旋涂過(guò)程中滴加另一部分陽(yáng)離子溶液的工藝,實(shí)現(xiàn)了低溫制備,鈣鈦礦晶粒尺寸明顯增大,表面較為平整連續(xù);相比于傳統(tǒng)的兩步滴涂法工藝,基于該工藝制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率從17.6%提高到了19.2%,并且轉(zhuǎn)換效率在400小時(shí)內(nèi)沒(méi)有下降,穩(wěn)定性得到提高。本論文針對(duì)鈣鈦礦材料的優(yōu)缺點(diǎn)、太陽(yáng)能電池的器件結(jié)構(gòu)和實(shí)際應(yīng)用需求,分別從結(jié)構(gòu)優(yōu)化和改進(jìn)鈣鈦礦薄膜制備工藝兩個(gè)方面進(jìn)行研究,均有效提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率,改善了器件的穩(wěn)定性,有助于拓展鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的應(yīng)用領(lǐng)域,為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池研究提供新方向,進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。
【學(xué)位單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：