太陽(yáng)能作為一種綠色的可再生能源,逐漸成為了最有前景的能源之一。目前,金屬鹵化物鈣鈦礦太陽(yáng)能電池作為發(fā)展最為迅速的第三代光伏技術(shù),在科學(xué)界和工業(yè)界得到了廣泛關(guān)注。迄今為止,小面積（～0.1 cm²）鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已超過(guò)25%,與商用的硅太陽(yáng)能電池相媲美。但是大多數(shù)經(jīng)過(guò)認(rèn)證或報(bào)道的高效鈣鈦礦光伏器件,其制備方法的局限性導(dǎo)致器件有效面積較小,并且隨著有效面積的擴(kuò)大,器件效率呈明顯的下降趨勢(shì),這制約了鈣鈦礦光伏器件的商業(yè)化化進(jìn)程。超過(guò)平方厘米量級(jí)的大面積器件的制備、性能和穩(wěn)定性等問(wèn)題迫切需要深入研究。本論文主要針對(duì)當(dāng)前鈣鈦礦器件在大面積制備及穩(wěn)定性等方面的問(wèn)題,采用了與工業(yè)化生產(chǎn)相兼容的刮涂法,制備了高質(zhì)量的大面積鈣鈦礦薄膜,通過(guò)工藝優(yōu)化、結(jié)晶控制以及缺陷鈍化等策略,顯著改善了薄膜刮涂制備過(guò)程中的結(jié)晶質(zhì)量,獲得了光伏性能優(yōu)異的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,這對(duì)高效鈣鈦礦器件的低成本大面積制備具有重要意義。具體研究?jī)?nèi)容如下:（1）MAPbI₃鈣鈦礦薄膜刮涂工藝優(yōu)化及大面積鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備。首先,我們自主設(shè)計(jì)搭建了薄膜刮涂生長(zhǎng)平臺(tái),并探討了刮涂過(guò)... 

【文章來(lái)源】：濟(jì)南大學(xué)山東省

【文章頁(yè)數(shù)】：81 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

美國(guó)國(guó)家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）認(rèn)證光伏電池效率紀(jì)錄表[2]

的帶隙逐漸降低，因此可以通過(guò)改變鹵素原子種類(lèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦材料帶隙的連續(xù)可調(diào)[6,7]。近些年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池最常用的材料是有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物鈣鈦礦，其中甲胺鉛碘CH3NH3PbI3（MAPbI3）在眾多鈣鈦礦材料中脫穎而出，該材料作為一種直接帶隙半導(dǎo)體具有優(yōu)異的光電性能，如較高的吸收系數(shù)、長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度、雙極性傳輸以及較低的激子結(jié)合能等特點(diǎn)，同時(shí)其禁帶寬度大約為1.55eV，接近單節(jié)太陽(yáng)能電池的最優(yōu)理論帶隙值，上述優(yōu)勢(shì)使基于MAPbI3材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池取得了較高的光電轉(zhuǎn)換效率[8,9]。圖1.2ABX3鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖。在溫度、壓力等外界條件以及摻雜的影響下，ABX3晶體結(jié)構(gòu)通常會(huì)產(chǎn)生畸變現(xiàn)象。鈣鈦礦材料的穩(wěn)定性主要由容忍因子（τ）來(lái)確定[10]，τ可由公式計(jì)算：τ=+√2(+)（1.1）rA,rB,rX分別指的是A離子、B離子、X離子的半徑。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)τ越接近1，ABX3鈣鈦礦結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定，其中τ=1時(shí)形成對(duì)稱(chēng)性最高的立方結(jié)構(gòu)；當(dāng)τ偏離1.0較多時(shí)，通常為三方晶系等低對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。研究表明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鈣鈦礦型化合物的容忍因子一般介于0.8-1.05之間。一般來(lái)說(shuō)，隨著鈣鈦礦組分中離子半徑的增大，晶格膨脹，禁帶寬度也隨之變窄，熒光發(fā)光位置將會(huì)發(fā)生紅移。反之，若離子半徑減小，晶格收縮，禁帶寬

庾擁哪芰渴垢祁芽蠓腫蛹鄞?系牡繾釉廄?到導(dǎo)帶，產(chǎn)生不穩(wěn)定的光生載流子，即電子與空穴。隨后在電子傳輸層和空穴傳輸層的內(nèi)電場(chǎng)和外部偏壓的驅(qū)動(dòng)下，電子與空穴向相反的方向擴(kuò)散，電子空穴對(duì)分離，電子經(jīng)電子傳輸層傳輸?shù)浇饘匐姌O進(jìn)一步傳輸?shù)酵怆娐�，而空穴則經(jīng)過(guò)空穴傳輸層到達(dá)透明電極，形成一個(gè)完整回路。材料的帶隙較高將不利于光子吸收，因此不能產(chǎn)生足夠大的光電流[13]。帶隙較低有利于材料對(duì)光子的吸收，相應(yīng)的光電流也會(huì)增大，但過(guò)低的帶隙會(huì)導(dǎo)致器件的開(kāi)路電壓較小[14]，因此最佳的帶隙范圍介于1.1-1.4eV。圖1.3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及工作原理圖。1.2鈣鈦礦薄膜主要制備方法及進(jìn)展隨著鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率的不斷提高，對(duì)于鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量要求也在不斷提高。為了制備出高效率的鈣鈦礦器件，人們逐漸開(kāi)發(fā)出多種制備鈣鈦礦薄膜的方法。目前高效率鈣鈦礦電池的制備都是基于實(shí)驗(yàn)室水平的小面積薄膜制備方法，例如一

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦薄膜制備技術(shù)及其在大面積太陽(yáng)電池中的應(yīng)用[J]. 降戎杰,張雅潔,郭強(qiáng),趙春艷,白一鳴.  微納電子技術(shù). 2019(08)
[2]金屬表面等離子體增強(qiáng)半導(dǎo)體納米材料光催化機(jī)理研究進(jìn)展[J]. 方明,譚小麗.  南通大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2019(02)
[3]鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的大面積成膜方法[J]. 吳存存,孫偉海,陳志堅(jiān),肖立新.  科學(xué)通報(bào). 2017(14)



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