有機-無機雜化金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其非常高的消光系數(shù)、可調(diào)的直接帶隙、高的電荷遷移率、豐富的材料儲備等特點,近年來受到世界各國研究者的廣泛關注。鈣鈦礦太陽能電池自從2009年首次報道以來,在短短幾年內(nèi)光電轉(zhuǎn)換效率就從3.8%上升到目前22.7%的權威認證效率。然而,穩(wěn)定性問題已經(jīng)嚴重阻礙了鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進程。其中,鈣鈦礦材料本身的穩(wěn)定性是重中之重。因此,本文通過開發(fā)新型鈣鈦礦吸光層的制備技術,發(fā)展結構新穎的二維結構鈣鈦礦材料以及設計鈣鈦礦吸光層結構使鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性得到顯著提升。取得的主要成果如下:(1)開發(fā)了雙源共蒸技術制備MA1-xCsxPbI3鈣鈦礦薄膜,得到了均勻、完全覆蓋基底表面的、無孔洞鈣鈦礦薄膜。通過調(diào)節(jié)Cs的摻雜比例,得到了不同帶隙的優(yōu)質(zhì)鈣鈦礦薄膜,帶隙在1.605-1.651 eV之間可調(diào)。通過優(yōu)化,最后確認在最佳組成MA0.77Cs0.23PbI3條件下,制備的鈣鈦礦太陽能電池效率高達20.13%。該方法不僅薄膜性能優(yōu)異,電池效率高,重復性好,而且電池具有非常好的穩(wěn)定性。將未封裝器件在大氣氣氛中放置一年后,效率仍然保持在19.25%(短路電流密度(Jsc)= 23.38mAcm-2,開路電壓(Voc)=1.09V,填充因子(FF)=0.75),衰減率僅 4.37%。(2)利用二維鈣鈦礦BA2PbI4在高溫退火后得到有序的二維PbI2模板,將其置于MAI粉末上熏蒸制備MA2PbI4二維鈣鈦礦。通過XRD,SEM,GIWAXS測試表明我們通過蒸汽輔助模板法成功制備了高質(zhì)量的二維甲胺基鈣鈦礦薄膜。材料有以下優(yōu)點:電荷垂直于基底定向傳輸、窄帶隙、低量子阱密度,疏水性好,基于此二維鈣鈦礦材料的器件獲得了高達16.95%的電池效率(權威認證效率為16.70%),是目前二維鈣鈦礦太陽能電池的最高效率。更重要的是,與三維鈣鈦礦電池相比,器件的穩(wěn)定性得到了顯著提高。未封裝的電池在室溫下相對濕度為55%的容器中保存210天,效率仍然能夠保持在初始效率的96.6%。(3)探索了一種通過簡單一步旋涂工藝,利用長烷基鏈添加劑PEAI縮小晶界的新技術。在這種方法中,一種“片狀”的鈣鈦礦結晶穿插在FA0.95Cs0.05PbI3鈣鈦礦晶界之間。使用長鏈烷基鏈PEAI進一步修飾薄膜的形貌,并提高鈣鈦礦的結晶性。鈣鈦礦的高結晶性和片狀鈣鈦礦穿插晶界的結構可以有效地提高器件的效率和穩(wěn)定性。制備的電池效率達到20.52%,且穩(wěn)定性得到顯著提升。此鈣鈦礦電池在溫度為30℃,濕度為85%環(huán)境下放置200h后,仍可保持原有效率的80%以上;在100℃下持續(xù)退火500小時后也能保持初始效率的80%以上。據(jù)我們所知,本研究中鈣鈦礦薄膜的濕度穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都是目前最好的。
【學位單位】：陜西師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

的方式連接，有機胺陽離子Ａ雙分子層通過氫鍵鍵合到無機層的鹵素上，有機銨逡逑的尾端延伸到無機層間的空隙中，經(jīng)范德華力將該結構結合在一起。形成有機層與逡逑無機層相互交疊的穩(wěn)定二維有機／無機雜化鈣鈦礦結構，具體如圖１．２所示。Ｗ逡逑２逡逑

邐２０１８逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．３有機／無機雜化鈣鈦礦電池研宄發(fā)展歷程逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ａｎｄ邋ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ逡逑３逡逑

＃＃＃＃逡逑％％％％逡逑圖１．２有機／無機雜化鈣鈦礦Ａ２ＭＸ４的晶體結構逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋Ａ２ＭＸ４逡逑１．１．４有機／無機雜化鈣鈦礦太陽電池發(fā)展逡逑２５１邐２２．７％（ＫＲＩＣＴ逡逑２２．１邋％（ＫＲＩＣＴ／ＵＮＩ

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本文編號：2815648