本文關(guān)鍵詞：基于形貌調(diào)控制備高效鈣鈦礦太陽能電池

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【摘要】：在平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池(PHJ-PSCs)中,鈣鈦礦薄膜形貌對最終器件性能起到了決定性作用。本文以鈣鈦礦薄膜形貌調(diào)控為主線,以純碘和碘氯共混兩大體系為研究對象,展開了有關(guān)鈣鈦礦薄膜形貌調(diào)控,添加劑作用以及其晶體形成過程中元素分布規(guī)律的一系列研究。主要研究內(nèi)容及其結(jié)論如下：(1)以溶劑處理法為基礎(chǔ),通過對溶劑處理時間的優(yōu)化制備出高質(zhì)量的CH_3NH_3PbI_3鈣鈦礦薄膜,并在基于ITO/PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbI_3/PC6oBM/Al結(jié)構(gòu)的PHJ-PSCs獲得了最高6.44%的光電轉(zhuǎn)化效率,具備良好的重復(fù)性,并且在不同掃描條件下沒有表現(xiàn)出遲滯效應(yīng)。(2)探索了不同添加劑二碘辛烷(DIO)比例對CH_3NH_3PbI_3鈣鈦礦薄膜形貌、結(jié)晶度以及最終器件性能的影響�；谧顑�(yōu)DIO比例(2 vol%)制備的鈣鈦礦薄膜覆蓋度幾乎達(dá)到了100%,與此同時晶體結(jié)晶度與薄膜平整度均得到了提升。以此為基礎(chǔ)的PHJ-PSCs電池獲得了高達(dá)9.01%的光電轉(zhuǎn)換效率。另外,活性層退火溫度也會對器件性能造成影響,60 mmin為最優(yōu)條件。(3)探索了前驅(qū)體溶液濃度對CH_3NH_3PbI_3鈣鈦礦薄膜形貌以及器件性能的影響。基于最優(yōu)濃度550mg/ml制備的鈣鈦礦薄膜致密無孔洞,具備合適的薄膜厚度以及晶粒尺寸,最終PHJ-PSCs達(dá)到了最高12.24%的光電轉(zhuǎn)化效率,并且具備很好的重復(fù)性。上述結(jié)果將為采用一步溶液法大面積制備穩(wěn)定、高效的PHJ-PSCs提供很強(qiáng)的指導(dǎo)作用。(4)以碘化鉛(PbI2)、氯化鉛(PbCl2)和碘甲基胺(CH3NH3I, MAI)三元體系為基礎(chǔ),通過控制退火條件調(diào)控薄膜形貌制備出高質(zhì)量的共混CH_3NH_3PbI_3-xClx鈣鈦礦薄膜,以ITO/PEDOT:PSS/CH_3NH_3PbI_3-xClx/PCBM/C6o/Ag結(jié)構(gòu)制備出高效率PHJ-PSC.器件性能表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能和重復(fù)性,最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了14.05%,并且在測試過程中的不同掃描條件下并沒有出現(xiàn)遲滯效應(yīng)。此結(jié)果對今后一步溶液法大規(guī)模制備大面積、高效率的碘氯共混鈣鈦礦太陽能電池提供了很好的借鑒。(5)探索了退火條件對CH_3NH_3PbI_3-xClx鈣鈦礦薄膜形貌和元素分布的影響。創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)了薄膜的自修復(fù)過程：隨著退火時間的延長,薄膜表面的孔洞逐漸被修復(fù)填滿,薄膜覆蓋度隨之增加：與此同時通過元素分析,首次發(fā)現(xiàn)共混鈣鈦礦體系中的氯元素隨著退火時間的增加逐漸往薄膜底部遷移,與之相反的,碘元素逐漸在薄膜表面集聚。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 形貌調(diào)控 添加劑 碘氯共混 元素遷移
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 第1章 緒論13-26
• 1.1 引言13-14
• 1.2 太陽能電池發(fā)展概述14-16
• 1.3 鈣鈦礦光電材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)16
• 1.4 鈣鈦礦太陽能電池的研究進(jìn)展16-18
• 1.5 鈣鈦礦薄膜的制備方法18-21
• 1.5.1 溶液法18-19
• 1.5.2 共蒸鍍法19-20
• 1.5.3 氣相輔助溶液法20
• 1.5.4 溶劑工程法20
• 1.5.5 其他20-21
• 1.6 鈣鈦礦太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)21-22
• 1.6.1 正置結(jié)構(gòu)與倒置結(jié)構(gòu)21
• 1.6.2 介孔氧化物結(jié)構(gòu)與平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)21-22
• 1.7 鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性問題22-24
• 1.7.1 空氣穩(wěn)定性22-23
• 1.7.2 光穩(wěn)定性23-24
• 1.7.3 熱穩(wěn)定性24
• 1.8 論文選題的背景及研究內(nèi)容24-26
• 1.8.1 論文選題的背景24-25
• 1.8.2 論文的研究內(nèi)容25-26
• 第2章 鈣鈦礦太陽能電池的原理、器件制備及表征26-32
• 2.1 鈣鈦礦太陽能電池工作原理26
• 2.2 鈣鈦礦太陽能電池的制備26-29
• 2.2.1 鈣鈦礦太陽能器件制備所需相關(guān)設(shè)備26-27
• 2.2.2 鈣鈦礦太陽能器件制備所需主要試劑27
• 2.2.3 鈣鈦礦太陽能電池器件制備流程27-29
• 2.3 鈣鈦礦太陽能電池相關(guān)表征29-32
• 2.3.1 紫外-可見吸收光譜(UV-vis)29-30
• 2.3.2 X射線衍射(XRD)30
• 2.3.3 掃描電子顯微鏡及能譜儀(SEM-EDS)30
• 2.3.4 原子力顯微鏡(AFM)30
• 2.3.5 J-V測試30-32
• 第3章 基于形貌調(diào)控制備純碘體系鈣鈦礦太陽能電池32-49
• 3.1 引言32-33
• 3.2 實驗部分33-34
• 3.2.1 鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的配制33
• 3.2.2 鈣鈦礦太陽能電池器件的制備33-34
• 3.2.3 鈣鈦礦薄膜的相關(guān)表征34
• 3.2.4 鈣鈦礦太陽能電池器件的光電性能測試34
• 3.3 結(jié)果與討論34-48
• 3.3.1 溶劑處理法對薄膜質(zhì)量及器件性能的影響34-38
• 3.3.2 添加劑對薄膜質(zhì)量及器件性能的影響38-44
• 3.3.3 前驅(qū)體溶液濃度對薄膜質(zhì)量及器件性能的影響44-48
• 3.4 本章小結(jié)48-49
• 第4章 基于形貌調(diào)控制備碘氯共混鈣鈦礦太陽能電池49-64
• 4.1 引言49-50
• 4.2 實驗部分50-51
• 4.2.1 鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的配制50
• 4.2.2 鈣鈦礦太陽能電池器件的制備50
• 4.2.3 鈣鈦礦薄膜的相關(guān)表征50
• 4.2.4 鈣鈦礦太陽能電池器件的光電性能測試50-51
• 4.3 結(jié)果與討論51-63
• 4.3.1 共混鈣鈦礦薄膜的生長過程51
• 4.3.2 共混鈣鈦礦薄膜的形貌調(diào)控51-53
• 4.3.3 共混鈣鈦礦薄膜各區(qū)域的元素分析53-56
• 4.3.4 共混鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性能的比較56-57
• 4.3.5 共混鈣鈦礦薄膜吸收譜的比較57-58
• 4.3.6 共混鈣鈦礦器件光電性能的比較58-61
• 4.3.7 雙層富勒烯修飾對共混鈣鈦礦太陽能電池性能的影響61-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論64-65
• 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-73
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄73-74
• 致謝74

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本文編號：1017936