本文選題：聚合物太陽能電池　切入點：鈣鈦礦太陽能電池　出處：《北京交通大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：本論文圍繞體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池和平面型鈣鈦礦太陽能電池的界面修飾工程展開研究,主要內(nèi)容包括三部分。1.采用熱裂解方法制備銳鈦礦TiO2納米棒,應(yīng)用在poly(4,8-bis-alkyloxybenzo(l,2-b:4,5-b,)dithiophene-2,6-diyl-alt-(alky lthieno(3,4-b)thiophene-2-carboxylate)-2,6-diyl)(PBDTTT-C)和(6,6)-phenyl-C71-butyric acid methyl ester(PC71BM)共混體系的倒置體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池中作為電子傳輸層,實現(xiàn)高效的光伏性能。1)在合成過程中,通過抽取低沸點溶劑生長不同長徑比的TiO2納米棒。溶液加工TiO2納米棒自組裝形成電子傳輸層,具有形貌優(yōu)異、能級位置合適、電子遷移率高等特性。2)基于短和長TiO2納米棒的器件分別實現(xiàn)6.96%與7.26%的能量轉(zhuǎn)換效率,優(yōu)于使用常規(guī)無定形TiO2薄膜的器件(6.00%)。3)器件的電子傳輸機理研究表明,使用Ti02納米棒薄膜可以減少電子傳輸層體內(nèi)與界面缺陷,降低電子傳輸與收集過程中缺陷誘導(dǎo)的復(fù)合損失,提高短路電流與填充因子,實現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)換性能。2.制備不同的無定形TiOx電子傳輸層,應(yīng)用在基于PBDTTT-C:PC7iBM體系的倒置體異質(zhì)結(jié)聚合物太陽能電池中,研究器件的光浸潤效應(yīng)。1)通過溶膠凝膠法制備常規(guī)的無定形TiOx-a薄膜,并分別在空氣與氮氣環(huán)境中使用254 nm強紫外光(UV)照射制備TiOx-a(UV-air)與TiOx-a(UV-N2)薄膜。常規(guī)的TiOx-a薄膜形貌較差,存在一定數(shù)量的有機官能團與表面羥基和較低濃度的氧空位;TiOx-a(UV-air)薄膜形貌良好,存在大量的表面羥基和低濃度的氧空位;TiOx-a(UV-N2)薄膜形貌優(yōu)異,存在極少的表面羥基和高濃度的氧空位。2)基于TiOx-a(UV-N2)電子傳輸層的器件實現(xiàn)7.79%的能量轉(zhuǎn)換效率,有效消除光浸潤效應(yīng)與提高器件穩(wěn)定性;基于TiOx-a與TiOx-a(UV-air)電子傳輸層的器件能量轉(zhuǎn)換效率較低,分別為5.98%和3.27%,且兩類器件都存在光浸潤效應(yīng)。3)器件的光電特性研究表明,無定形TiOx電子傳輸層內(nèi)及其界面的陷阱俘獲效應(yīng)與界面電荷積累效應(yīng)引起了光浸潤效應(yīng)。通過調(diào)控TiOx薄膜內(nèi)缺陷的種類與濃度,可以有效消除光浸潤效應(yīng)。3.采用兩步溶液沉積法制備Cs摻雜CH3NH3PbI3(MAPbI3(Cs)-NRs)鈣鈦礦薄膜,應(yīng)用于平面型鈣鈦礦太陽能電池中作為光敏層,實現(xiàn)高效的光伏性能。1)在兩步溶液沉積法中,Cs摻雜效應(yīng)可以有效調(diào)控鈣鈦礦晶粒生長,改善薄膜形貌,并在薄膜表面實現(xiàn)納米棒結(jié)構(gòu),薄膜的化學(xué)式為(MA)0.95Cs0.05PbI3;而在一步溶液沉積法中,相同Cs摻雜濃度的CH3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜并不會出現(xiàn)類似的納米棒結(jié)構(gòu)。2)基于MAPbI3(Cs)-NRs平面型鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率達到16.21%,遠高于純MAPbI3器件(12.98%),并有效抑制光電流-電壓曲線的滯后效應(yīng)。3)器件的載流子輸運動力學(xué)研究表明,基于MAPbI3(Cs)-NRS器件具有良好的空穴傳輸界面,有效降低了載流子傳輸過程中陷阱俘獲效應(yīng)和離子遷移效應(yīng)產(chǎn)生的陷阱誘導(dǎo)復(fù)合損失,從而實現(xiàn)高效的光電轉(zhuǎn)換性能。
[Abstract]:In this thesis, the interfacial modification of bulk heterojunction polymer solar cells and planar perovskite solar cells is studied. The main contents are as follows: 1. Anatase TiO2 nanorods are prepared by pyrolysis method. Used as the electron transport layer in the inverted heterojunction polymer solar cells, the inverted heterojunction polymer solar cells (26-bis-alkyloxybenzol2-b4: 6-diyl-alt-alt-lthiophene-alt-lthiophene-2-carboxythiophene-2-carboxythiophene-2-carboxythiophene-2-carboxylateane-2-carboxylateane-2-carboxylate-2-carboxylateane-2-diylpyridine) and 666-phenyl-C71-butyric acid methyl esteresterPC71BM1 are used as the electron transport layer in the inverted heterojunction polymer solar cells, and the photovoltaic properties are achieved in the synthesis process. TiO2 nanorods with different aspect ratios were grown by extracting low boiling point solvents. The TiO2 nanorods were self-assembled in solution to form an electron transport layer with excellent morphology and appropriate energy level position. The energy conversion efficiency of 6.96% and 7.26% based on short and long TiO2 nanorods is higher than that of conventional amorphous TiO2 thin films. Using Ti02 nanorod film can reduce the defects in the electron transport layer and interface, reduce the composite loss induced by the defects in the electron transport and collection process, and increase the short-circuit current and filling factor. To achieve high efficiency photoelectric conversion performance. 2. Different amorphous TiOx electron transport layers are prepared and used in inverted heterojunction polymer solar cells based on PBDTTT-C:PC7iBM system. The photowetting effect of the device was studied. 1) the conventional amorphous TiOx-a thin films were prepared by sol-gel method. The conventional TiOx-a thin films were prepared by using 254nm strong ultraviolet light (UV) irradiation in air and nitrogen environment, respectively. The conventional TiOx-a thin films were characterized by poor morphology. There are a number of organic functional groups and surface hydroxyl groups and low concentration of oxygen vacancies TiOx-a UV-air) thin film morphology is good, there are a large number of surface hydroxyl groups and low concentration of oxygen vacancy TiOx-a UVN2) thin film morphology is excellent. There are few surface hydroxyl groups and high oxygen vacancy. 2) the device based on the TiOx-a- UV-N2) electron transport layer can realize the energy conversion efficiency of 7.79%, effectively eliminate the photowetting effect and improve the device stability. The energy conversion efficiency of the device based on TiOx-a and TiOx-a / O UV-air layer is low, which is 5.98% and 3.27, respectively, and the photoelectrical properties of both kinds of devices are studied. The trapping effect and the charge accumulation effect at the interface of amorphous TiOx electron transport layer lead to the photowetting effect. By regulating the kinds and concentrations of defects in TiOx films, CS-doped Ch _ 3NH _ 3PbI _ 3o MAPbI _ 3C _ s-NRs _ 3 perovskite thin films were prepared by two-step solution deposition method and used as Guang Min layer in planar perovskite solar cells. The effect of Cs doping in two-step solution deposition can effectively control the growth of perovskite grains, improve the morphology of the films, and realize nanorods on the surface of the films. The chemical formula of the film is: MA0.95Cs0.05PbI3, while in one-step solution deposition, CH3NH3PbI3 perovskite thin films with the same Cs doping concentration will not have similar nanorods structure. 2) the energy conversion efficiency of MAPbI3(Cs)-NRs planar perovskite solar cells is 16.21, which is much higher than that of pure MAPbI3 devices (12.98%), and the photocurrent-electric suppression is effective. The hysteresis effect of the voltage curve. 3) the carrier transport kinetics of the device shows that, Based on the good hole transport interface of MAPbI3(Cs)-NRS devices, the trapping trapping effect and the trapping induced recombination loss caused by ion migration effect during carrier transmission are effectively reduced, and the efficient photoelectric conversion performance is realized.
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

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本文編號：1556737