有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池經(jīng)十年發(fā)展,光電轉(zhuǎn)化效率已逼近如今商業(yè)的晶硅太陽能電池,且其結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、可柔性制備,很有希望成功商業(yè)化并取代晶硅電池。聚噻吩（P3HT）空穴遷移率高,成本低,易合成,是最具商業(yè)化潛力的鈣鈦礦電池空穴傳輸材料之一,但其制備的電池器件效率不如成本更高、制備更為繁瑣的部分空穴傳輸層材料,限制了鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化。因此,提高以P3HT為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池效率對推進其商業(yè)化有重要意義。本論文對提高P3HT為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池效率展開了研究,制備了金納米棒與金納米顆粒,并將金納米棒與P3HT復(fù)合制備空穴傳輸材料制備鈣鈦礦太陽能電池。結(jié)果表明,金納米棒與P3HT制備的復(fù)合材料能夠明顯提升器件效率,在最優(yōu)濃度下,光電效率為16.88%,比起P3HT為空穴傳輸層材料制備的標(biāo)準(zhǔn)器件（13.40%）效率提升26%。這種提升可歸因于添加金納米棒后,P3HT薄膜的結(jié)晶性增強,更有利空穴傳輸;其次金納米棒的局域表面等離子體共振效應(yīng)（LSPR）可以有效提升光的利用率。這種有效的策略為P3HT制備的鈣鈦礦太陽能電池后續(xù)商業(yè)化提供了思路。本研究中使用的種子介導(dǎo)法合成金... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

太陽能電池的分類[3]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-2-能電池轉(zhuǎn)化效率已超過25%[4]，但晶硅太陽能電池原料成本高昂，制造能耗及污染巨大，且已接近其理論效率，已經(jīng)喪失了未來太陽能電池的市場競爭力；第二代即以砷化鎵（AsGa）、銻化鎘（CdTe）、銅銦鎵硒（CuInGaSn）、非晶硅等為代表的薄膜太陽能電池，整體上第二代太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率高，易于大規(guī)模生產(chǎn)，但仍因為各種因素?zé)o法完成商業(yè)化，如銦、硒等稀有金屬儲量低，鎘毒性大等，也難以與晶硅太陽能電池競爭[3]；而正在研究的其他薄膜太陽能電池都為第三代太陽能電池，包括有機太陽能電池（OPV），染料敏化太陽能電池（DSSCs）以及鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）等，各有特色。尤其是自染料敏化太陽能電池發(fā)展而來的鈣鈦礦太陽能電池，憑借其優(yōu)異的特性，吸引了世界上眾多科學(xué)家的注意和興趣，展開了大量研究，十年間其光電轉(zhuǎn)化效率就由最初的3.1%[5]增加到如今的25.2%[6]，逼近如今已商業(yè)化的單晶硅太陽能電池，具有廣闊的應(yīng)用前景，圖1-2表明了近年來鈣鈦礦太陽能電池效率的變化。圖1-2鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)化效率折線圖[6]鈣鈦礦泛指具有類似CaTiO3晶體結(jié)構(gòu)的ABX3型化合物，如圖1-3所示，A為體積較大的一價陽離子，占據(jù)12個陰離子X組成的最密立方堆積的中心，B為體積較小的二價陽離子，位于六個X形成的八面體構(gòu)型之中，整個結(jié)構(gòu)呈電中性。鈣鈦礦太陽能電池所使用的鈣鈦礦，A一般為甲胺基離子（CH3NH3+、CH3NH3、NH2CH=NH2+）、或銫離子（Cs+），B一般為鉛離子（Pb2+）或錫離子（Sn2+），X為鹵素離子氯離子（Cl-）、溴離子（Br-）、碘離子（I-）[7]。鈣鈦礦材料吸光系數(shù)較高、載流子擴散長度長、激子束縛能低、帶隙寬度合適、能

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文-3-級可調(diào)[8–12]，用以研發(fā)太陽能電池是一種非常理想的材料。圖1-3鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)2009年，Miyasaka課題組在研究染料敏化電池時，首次將CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3作為太陽能電池的敏化劑，分別取得了3.13%和3.81%的光電轉(zhuǎn)化效率，開啟了鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域的研究[5]，引起了部分科學(xué)家如Snaith、Gratzel等的關(guān)注。2012年，Gratzel等首次引入2,2",7,7"-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9"-螺二芴（Spiro-OMeTAD），將其作為鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸層，使得光電轉(zhuǎn)化效率達到了9.7%，開始掀起鈣鈦礦太陽能電池的研究熱潮[13]，迄今為止，Spiro-OMeTAD仍是研究最多的空穴傳輸材料。同年，Snaith等使用氧化鋁（Al2O3）作為緩沖層取得了超過1.1V的開路電壓[14]，從而得以擺脫介孔二氧化鈦（mp-TiO2），更新了電池結(jié)構(gòu)，之后Snaith等發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦材料具有超過1μm的激子擴散長度[9]，進一步揭示了鈣鈦礦太陽能電池獨特的性質(zhì)。2014年，Seok等開發(fā)出了一種簡便有效的反溶劑制備鈣鈦礦晶體的方法，降低了鈣鈦礦太陽能電池的制備能耗和研究門檻，進一步促進了其發(fā)展[15]。在此之后，鈣鈦礦太陽能電池研究突飛猛進，成果不斷，新方法新技術(shù)層出不窮，效率不斷刷新。2019年韓國化學(xué)技術(shù)研究所（KRICT）和麻省理工大學(xué)（MIT）合作制得了效率高達25.2%的鈣鈦礦太陽能電池，為目前最高效率[6]。隨著效率不斷飛升，如何使鈣鈦礦太陽能電池成功產(chǎn)業(yè)化、商業(yè)化，取代已不適合未來發(fā)展的晶硅太陽能電池成為了目前鈣鈦礦太陽能電池研究

【參考文獻】：
期刊論文
[1]十三五我國能源結(jié)構(gòu)邁向清潔低碳[J].   水電廠自動化. 2016(02)



本文編號：2919848