得益于鈣鈦礦材料本身優(yōu)異的光電特性,以及電池器件結(jié)構(gòu)和制備工藝的不斷優(yōu)化,鈣鈦礦太陽電池在近幾年取得了快速的發(fā)展。目前,實(shí)驗(yàn)室制備的鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近或超過一些商業(yè)化應(yīng)用的太陽電池。為了進(jìn)一步提升鈣鈦礦太陽電池的效率,提高電池對近紅外光的利用是一個(gè)有效的方法。因此,本論文制備了鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽電池,通過在鈣鈦礦活性層上集成窄帶隙的有機(jī)活性層來增強(qiáng)鈣鈦礦電池對近紅外光的利用,從而提升器件的整體性能。本論文圍繞鈣鈦礦/有機(jī)集太陽電池的研究開展的主要工作包括:首先對鈣鈦礦薄膜進(jìn)行了優(yōu)化,然后在得到高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的基礎(chǔ)上開展了對集成結(jié)構(gòu)電池的研究。具體的研究內(nèi)容包括以下四個(gè)方面:1)利用簡易的近空間升華法制備高質(zhì)量的CH3NH3PbI3薄膜。在此方法中,通過控制PbI2和CH3NH3I的反應(yīng)時(shí)間,PbI2和CH3NH3I層的厚度和升華空間的距離,就可以制備得到高度結(jié)晶、均勻致密的鈣鈦礦薄膜。CH3NH3PbI3薄膜制備的過程簡單可控。通過研究基于不同退火時(shí)間,不同鈣鈦礦厚度和不同光活性區(qū)域情況下制備的CH3NH3PbI3鈣鈦礦太陽電池的光伏性能,對制備條件進(jìn)行優(yōu)化。最終... 

【文章來源】：華北電力大學(xué)(北京)北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：139 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１－１．鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)示意圖，ａ）?ＢＸ６『八面體結(jié)構(gòu)和ｂ）?‘ＡＸ１２立方八面體結(jié)構(gòu)［３］

清楚地表明，鈣鈦礦太陽電池的原理的更接近固態(tài)ｐｎ結(jié)太陽電池Ｗ。??隨著鈣鈦礦太陽電池研究的進(jìn)一步發(fā)展，如今大家普遍認(rèn)為，鈣鈦礦太陽電??池的工作原理與ｎ－ｉ－ｐ和ｐ－ｉ－ｎ型太陽電池的工作原理非常接近。如圖１－２所示，??在ｎ－ｉ－ｐ結(jié)構(gòu)中，Ｔｉ０２等ｎ型半導(dǎo)體材料作為電子傳輸層，鈣鈦礦作為光吸收層，??ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ作為空穴傳輸層。當(dāng)太陽光照射到電池內(nèi)部，鈣鈦礦層吸收光產(chǎn)??生電子和空穴，電子由鈣鈦礦層的導(dǎo)帶轉(zhuǎn)移到Ｔｉ０２的導(dǎo)帶，同時(shí)，空穴則沿著鈣??鈦礦傳遞到鈣鈦礦／空穴傳輸層界面，然后被轉(zhuǎn)移到空穴傳輸層的ＨＯＭＯ能級，??最終被金屬電極所收集。在ｐ－ｉ－ｎ結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦夾在底部的ｐ型材料和頂部的??ｎ型材料之間。在ｐ－ｉ－ｎ結(jié)構(gòu)中，電池的工作原理與ｐ－ｉ－ｎ結(jié)構(gòu)電池相同，只是電??子和空穴傳輸?shù)姆较蚺cｐ－ｉ－ｎ結(jié)構(gòu)中相反。??為了進(jìn)一步分析介孔和平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池在工作原理上的區(qū)別，??Ｌｉｙｕａｎ?Ｈａｎ課題組通過測試鈣鈦礦太陽電池截面的電勢變化

生長的影響。將一步法旋涂ＣＨ３ＮＨ３Ｉ和ＰｂＣｈ混合前驅(qū)體后得到的薄膜置于３０％??濕度的環(huán)境中熱退火，薄膜的組分在退火過程中經(jīng)歷了明顯的三個(gè)階段的變化??（圖１－３）。中間經(jīng)歷了溶劑揮發(fā)過程中的ＰｂｌｒＤＭＦ和反應(yīng)過程中的??ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＣｌ３等中間相的生成，最終生成ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３晶體。在控制濕度（３０％）??環(huán)境中制備的鈣鈦礦薄膜的熒光壽命為７３６ｎｓ，遠(yuǎn)高于在千燥空氣中制備的鈣鈦??礦薄膜的熒光壽命（３８２ｎｓ）。最終，３０％濕度環(huán)境中制備的電池在光電轉(zhuǎn)換效率上??也明顯高于在干燥環(huán)境中制備的電池［４９］。說明通過控制退火時(shí)環(huán)境的濕度可以??有效控制薄膜的生長過程，降低鈣鈦礦薄膜中的缺陷態(tài)密度，從而有效抑制薄膜??中電荷的非輻射復(fù)合。??６??

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]近紅外量子效率超過40%的鈣鈦礦-聚合物雜化太陽能電池（英文）[J]. 葉龍,樊本虎,張少青,李蓀蓀,楊蓓,秦云朋,張皓,侯劍輝.  Science China Materials. 2015(12)
[2]平面異質(zhì)結(jié)有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池研究進(jìn)展[J]. 王福芝,譚占鰲,戴松元,李永舫.  物理學(xué)報(bào). 2015(03)



本文編號：3455963