發(fā)布時間：2017-12-16 22:16

  本文關(guān)鍵詞：聚合物太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池器件的制備與優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 聚合物太陽能電池 轉(zhuǎn)速 活性層形貌 鈣鈦礦太陽能電池 熱退火

【摘要】：聚合物太陽能電池中活性層形貌是制約電池效率的重要因素,調(diào)控活性層形貌的方式有多種,例如選擇合適的給受體比例和溶劑體系、添加助劑、熱退火和溶劑退火等。本論文詳細(xì)研究了旋涂速度對活性層形貌、單位厚度的吸光能力和相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率的影響規(guī)律,為活性層形貌的調(diào)控提供了一定的理論指導(dǎo)。鈣鈦礦太陽能電池一經(jīng)出世就迎來飛速的發(fā)展,目前效率已達到20.2%。鈣鈦礦太陽能電池中,傳統(tǒng)金屬氧化物電子傳輸層需要450℃以上高溫?zé)Y(jié),這不利于高效鈣鈦礦電池的商業(yè)化應(yīng)用。本論文采用兩步浸泡法并結(jié)合低溫制備TiO_2薄膜來制備鈣鈦礦器件;同時,還研究了退火條件對一步旋涂法制備的鈣鈦礦層的結(jié)晶性、形貌的影響規(guī)律,制備出了器件效率為11.73%的鈣鈦礦太陽能電池器件。1.以三元共聚物PTBT HTID DPP為給體材料,從不同給受體比例、混合溶劑的選擇、熱處理等方面對器件性能進行了優(yōu)化。重點研究了轉(zhuǎn)速對光活性層的光物理性能和器件性能的影響。研究結(jié)果表明,改變轉(zhuǎn)速,不僅可以影響膜厚,還可影響光活性層的形貌,降低轉(zhuǎn)速,有助于提高光活性層的單位厚度吸光能力,提高器件在長波長范圍的外量子轉(zhuǎn)換效率。通過改變濃度轉(zhuǎn)速來獲得基本相當(dāng)厚度的光活性層,研究結(jié)果表明,低轉(zhuǎn)速(800 rpm)制備的活性層具有更高的單位厚度的吸光能力、更小微相分離尺度和及較小的粗糙度,以及在可見光區(qū)更大的入射單色光子-電子轉(zhuǎn)化效率(IPCE)響應(yīng),故800 rpm轉(zhuǎn)速下制備的PSCs器件具有最高的能量轉(zhuǎn)換效率4.31%。2.以低溫制備的TiO_2薄膜作為電子傳輸層和空穴阻擋層,通過兩步浸泡法(即將PbI_2旋涂至TiO_2膜上,然后浸泡CH_3NH_3I異丙醇溶液)制備了鈣鈦礦器件。研究結(jié)果表明,水解時溶液加入異丙醇可以削弱TiO_2的團聚現(xiàn)象和開裂程度,使得CH_3NH_3PbI_3晶粒尺寸變小,CH_3NH_3Pb I3膜的孔隙減少。提高退火溫度并延長退火時間,可使得CH_3NH_3Pb I3晶粒尺寸變小,膜更平整,但PbI_2膜在CH_3NH_3I溶液中浸泡時間短,無論在什么退火條件下,膜都含有大量殘留的PbI_2。當(dāng)延長PbI_2薄膜在CH_3NH_3I溶液浸泡時間,能有效地減小CH_3NH_3PbI_3晶粒的尺寸,提高CH_3NH_3PbI_3膜的覆蓋率和平整度。研究結(jié)果表明,完全轉(zhuǎn)化成CH_3NH_3Pb I3需浸泡30 min,然而,浸泡20 min后,CH_3NH_3PbI_3薄膜開始松動、易掉落,這不利于鈣鈦礦器件的制備也限制器件性能。因此,我們改用一步法(即PbCl2與CH_3NH_3I混合后再旋涂成膜)制備CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x吸光層。研究結(jié)果表明,退火溫度為75℃時,即使退火6 h,仍未反應(yīng)完全,當(dāng)退火溫度升高到95℃時,退火時間減少到50 min,CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x轉(zhuǎn)化完全,膜較均一平整,且其吸光度最大,器件性能優(yōu)于其它,光電轉(zhuǎn)換效率達到了11.08%,當(dāng)退火溫度升高到105℃時,鈣鈦礦膜出現(xiàn)孔洞,導(dǎo)致器件的光電轉(zhuǎn)換效率也降低。進一步通過優(yōu)化電子傳輸層PC_(61)BM的厚度為120 nm后,器件的最佳光電轉(zhuǎn)換效率達到了11.73%。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4

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