本文關(guān)鍵詞：鈣鈦礦太陽能電池中電荷收集層的研究

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【摘要】：鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells, PSCs)作為一種新型第三代太陽能電池,一出現(xiàn)便受到了廣泛的關(guān)注。而性能優(yōu)異的電荷收集層一直是電池獲得高光電轉(zhuǎn)換效率的重要保證。電荷收集層包括電子選擇性收集層和空穴選擇性收集層。目前電子收集層最常用的材料是Ti02納米晶,但其電子遷移率相對較低,研究表明提高Ti02電子收集層的電導(dǎo)率可以提高電池的效率,所以選擇具有更高電子遷移率的納米晶半導(dǎo)體來替代Ti02很有必要,而Sn02就是一種高電導(dǎo)率性質(zhì)穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料。另一方面,替換掉穩(wěn)定性差的空穴傳輸材料(HTM)和價格昂貴的金屬電極是提高電池穩(wěn)定性,降低電池制作成本的有效手段,這將有利于PSCs盡快走向產(chǎn)業(yè)化。導(dǎo)電碳材料廉價、穩(wěn)定、并且具有選擇性收集空穴的能力,所以用碳材料來代替HTM和貴金屬電極有重要的實際應(yīng)用價值。本文分別從電子收集層和空穴收集層兩個方面入手進(jìn)行新型電荷收集層的制備并將其應(yīng)用在PSCs器件中,從而深入研究電荷收集層結(jié)構(gòu)特性對電池光電性能的影響機制。首先,使用溶膠-膠凝的方法制作了致密的Sn02薄膜,對其進(jìn)行了SEM、XRD表征,分析發(fā)現(xiàn)其為晶粒較小的金紅石型四方相Sn02。將Sn02薄膜作為電子選擇性收集層應(yīng)用于PSCs,并與傳統(tǒng)基于Ti02電子選擇性收集層的PSCs (T-PSCs)目比較,經(jīng)過光電性能測試發(fā)現(xiàn),基于Sn02電子選擇性收集層的PSCs (S-PSCs)具有稍高的短路電流密度Jsc,但是填充因子FF和開路電壓Voc均較低,最終電池的能量轉(zhuǎn)換效率PCE較低,推測原因是Sn02致密層內(nèi)部和SnO2/鈣鈦礦界面存在較嚴(yán)重的電荷復(fù)合。另外發(fā)現(xiàn),S-PSCs有其特殊的性質(zhì),相比于T-PSCs,測試方法對S-PSCs影響較大,并對此進(jìn)行了細(xì)致的研究。其次,使用導(dǎo)電炭黑代替有機HTM和貴金屬電極。通過簡單的噴涂方法將納米炭黑制作成PSCs的陰極進(jìn)行空穴收集,并探究了碳層厚度,碳層和鈣鈦礦層之間界面接觸對電池性能的影響。也同時研究了電池后期熱處理對其性能的影響,結(jié)果表明,一定條件下的熱處理可以使碳基PSCs效率得到明顯提升。另外,發(fā)現(xiàn)測試方法對電池表現(xiàn)出的性能有很大影響。通過各方面的優(yōu)化,該類電池最高效率達(dá)到8.42%。通過與傳統(tǒng)電池對比,碳基PSCs制作成本低,制作工藝簡單,為進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 電荷收集層 二氧化錫 碳 低成本
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O614.432;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 課題的研究背景10-11
• 1.2 太陽能電池光電性能參數(shù)11-14
• 1.2.1 伏安特性曲線11-12
• 1.2.2 填充因子和光電轉(zhuǎn)換效率12-13
• 1.2.3 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻13-14
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的發(fā)展14-20
• 1.3.1 PSCs出現(xiàn)之前電池的發(fā)展14-16
• 1.3.2 鈣鈦礦物質(zhì)結(jié)構(gòu)及性質(zhì)16-17
• 1.3.3 鈣鈦礦太陽能電池的誕生及進(jìn)一步發(fā)展17-20
• 1.4 電子收集層的研究進(jìn)展20-24
• 1.4.1 DSSC中光陽極材料的研究20-21
• 1.4.2 電子選擇性收集層(致密層)的出現(xiàn)21-22
• 1.4.3 致密層在PSCs中的研究動態(tài)22-24
• 1.5 碳對電極的研究進(jìn)展24-26
• 1.5.1 制作工藝24-25
• 1.5.2 碳狀態(tài)與種類25-26
• 1.6 選題依據(jù)26-28
• 2 實驗部分28-31
• 2.1 主要儀器及化學(xué)試劑28-29
• 2.1.1 儀器設(shè)備28
• 2.1.2 主要藥品試劑28-29
• 2.2 PSCs測試分析方法29-31
• 2.2.1 伏安特性曲線測試29-30
• 2.2.2 IPCE測試30
• 2.2.3 電化學(xué)阻抗測試30
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡30
• 2.2.5 X-射線衍射光譜30
• 2.2.6 時間分辨熒光光譜30-31
• 3 SnO_2電子收集層在PSCs中的應(yīng)用研究31-45
• 3.1 PSCs器件的制作31-34
• 3.1.1 玻璃基底的準(zhǔn)備31
• 3.1.2 致密層的制備31-32
• 3.1.3 多孔層TiO_2的制備32
• 3.1.4 鈣鈦礦層的制備32-33
• 3.1.5 空穴傳輸層(HTM)的制作33-34
• 3.1.6 金屬電極的制作34
• 3.2 SnO_2致密層性質(zhì)的表征34-35
• 3.2.1 掃描電鏡(SEM)表征34-35
• 3.2.2 粒子結(jié)晶性和電導(dǎo)率表征35
• 3.3 S-PSCs的光電性能測試35-40
• 3.3.1 完整PSCs微觀結(jié)構(gòu)表征35-36
• 3.3.2 S-PSCs與T-PSCs光電性能對比36-39
• 3.3.3 測試時掃描方向?qū)﹄姵毓怆娦阅艿挠绊?/span>39-40
• 3.4 測試方式對S-PSCs的影響及機理探究40-43
• 3.4.1 測試方式對S-PSCs的影響40-41
• 3.4.2 測試方式對S-PSCs的影響原理的探究41-43
• 3.5 本章小結(jié)43-45
• 4 碳基空穴收集層在PSCs中的應(yīng)用研究45-57
• 4.1 碳層厚度的優(yōu)化45-47
• 4.1.1 碳層制作之前電池的準(zhǔn)備45
• 4.1.2 不同厚度碳層的制備45-46
• 4.1.3 碳層厚度對電池性能的影響46-47
• 4.2 碳層和鈣鈦礦層之間接觸性問題的研究47-50
• 4.2.1 碳層制作之前電池的準(zhǔn)備47
• 4.2.2 三種電池的制作47-49
• 4.2.3 不同方法制作的電池對電池性能的影響49-50
• 4.3 后處理對電池性能的影響50-52
• 4.3.1 對電池進(jìn)行后處理51
• 4.3.2 后處理對電池性能的影響51-52
• 4.4 測試方式對碳背電極PSCs性能的影響52-55
• 4.4.1 碳電池測試方法的演變52-53
• 4.4.2 不同測試方法表現(xiàn)出光電性能的差異53-54
• 4.4.3 電池的阻抗分析54-55
• 4.5 本章小結(jié)55-57
• 結(jié)論57-58
• 參考文獻(xiàn)58-65
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況65-67
• 致謝67-68

【相似文獻(xiàn)】

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