發(fā)布時間：2021-08-16 20:28

　　鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells,PSCs）自2009年第一次被發(fā)明以來,經(jīng)過短短9年的發(fā)展,能量轉換效率（Power Conversion Efficiency,PCE）就達到了硅太陽能電池的水平,并有望繼續(xù)突破,成為新一代太陽能電池。目前,高效率的PSCs主要為含空穴傳輸層（Hole Transport Layer,HTL）結構。這類結構的電池所用的HTL材料成本高昂,穩(wěn)定性較差,同時需要貴金屬金（Au）、銀（Ag）等作為電極材料,不利于電池的低成本、大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)。而不含HTL的碳電極PSCs制備成本低、制備工藝簡單,易于工業(yè)化生產(chǎn)。但目前為止,碳電極PSCs的效率較低,尚不能達到實際應用的標準,因此提升電池PCE是研究的關鍵。本文從實驗研究和理論模擬兩方面研究了碳電極PSCs的實驗優(yōu)化工藝,并進一步揭示了影響電池性能的關鍵因素,主要研究內容如下:1、優(yōu)化了碳電極PSCs的初始制備方案,確定70℃作為碘化鉛（PbI₂）前驅液的最佳使用溫度,鈣鈦礦薄膜的退火溫度從70℃調整為100℃。PbI₂前驅液和甲基碘... 

【文章來源】：武漢理工大學湖北省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈣鈦礦材料的晶體結構

圖1-2 PSCs基本結構：(a)介觀結構，(b)平面n-i-p結構，(c)無空穴傳輸層結構，(d)平面p-i-n結構[6]關于 PSCs 的研究工作較多，許多不同結構的電池均能展現(xiàn)出良好的性能。根據(jù)電池的工作原理和研究熱度，可將電池大致分為 4 種結構：介觀結構、平面n-i-p 結構、無空穴傳輸層結構、平面 p-i-n 結構。其中前三種結構又可稱為正置結構，電池各層的制備順序依次為 ETL、鈣鈦礦層、HTL，最后一種結構又可稱為倒置結構，電池各層的制備順序依次為 HTL、鈣鈦礦層、ETL。圖 1-2(a)為介觀結構，也是最早出現(xiàn)的傳統(tǒng)結構。其中鈣鈦礦材料填充在介孔層之中，介孔層起到了骨架的作用，用于支撐鈣鈦礦材料，有些介孔材料（如二氧化鈦，TiO2）也同時幫助傳輸電子[7]。鈣鈦礦層之上是 HTL，起到了傳輸空穴、隔離電子的作用。鈣鈦礦層之下是電子傳輸層(Electron Transport Layer，ETL)，起到了傳輸電子、隔離空穴、抑制電子空穴復合的作用。最終電子和空穴分別經(jīng)由導電基底和電極流入外電路，為負載供電。圖 1-2 (b)為平面 n-i-p 結構，這種結構與介觀結構的唯一不同在于，它不需要介孔層作為骨架材料來支撐鈣鈦礦層。ETL、鈣鈦

它各層材料來說要昂貴許多。HTL 材料一般為有機分子聚合物，這類成困難、成本高昂，但是性能出眾。一些廉價無機材料雖然也能作為 ，但電池效率卻大打折扣。電極材料一般為貴金屬，如 Au、Ag 等。無層結構的電池直接省去了 HTL，電極材料也可用廉價穩(wěn)定的碳材料來代電池的制備流程和所需設備也得到了簡化，電池成本因而大幅降低。本電池就是基于碳電極的無空穴傳輸層 PSCs。圖 1-2(d)為平面 p-i-n 結構構與平面n-i-p結構正好相反，ETL在鈣鈦礦層之上，HTL在鈣鈦礦層之結構最大的優(yōu)點就在于電池能夠低溫制備。在圖 1-2(a)-(c)結構中，由于一般選用需要經(jīng)過高溫（約 500 ℃）燒結制備的 TiO2，而鈣鈦礦材料度約為 140 ℃[10]，所以電池的制備需要先制備 ETL，而后制備鈣鈦礦 p-i-n 結構的電池采用了不同的 ETL 材料，無需經(jīng)過高溫燒結，因此可鈦礦層之后再制備 ETL，這樣一種倒置的構型也因此形成。低溫制備不制備成本，同時還簡化了制備工序，這更符合第三代太陽能電池的要求.2 PSCs的工作原理

【參考文獻】：
期刊論文
[1]有機/無機雜化鈣鈦礦太陽能電池光照穩(wěn)定性研究（英文）[J]. 董旭,房香,呂明航,林本才,張帥,王瑩,袁寧一,丁建寧.  Science Bulletin. 2016(03)

博士論文
[1]鈣鈦礦太陽能電池材料及制備工藝研究[D]. 朱立峰.中國科學院大學(中國科學院物理研究所) 2017

碩士論文
[1]混合溶劑退火誘導鈣鈦礦結晶及其在鈣鈦礦太陽能電池中的應用與研究[D]. 余浩.蘇州大學 2016



本文編號：3346338