發(fā)布時(shí)間：2018-06-05 18:07

  本文選題：D-π-A分子 + 界面修飾��； 參考：《蘭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：不斷增長(zhǎng)的全球能源消耗再加上嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題,正在敦促人類去尋求與開(kāi)發(fā)能夠推動(dòng)整個(gè)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的清潔可再生能源。太陽(yáng)能是一種潔凈環(huán)保、綠色清潔并且可以源源不斷的獲得的可再生的自然能源。眾所周知人們對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用最為可行和最具有發(fā)展?jié)摿Φ氖侄闻c方法就是直接將這種清潔的自然能源轉(zhuǎn)化為電能。作為最新一代的光伏器件,鈣鈦礦太陽(yáng)能電池不但制造成本低廉、工藝過(guò)程簡(jiǎn)單而且還具有環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室的最新報(bào)道,目前有機(jī)無(wú)機(jī)雜化的光伏電池已經(jīng)成為了當(dāng)下最熱門的領(lǐng)域之一。這種由有機(jī)物和無(wú)機(jī)物共同組成的光伏器件當(dāng)前主要以鈣鈦礦材料為核心的光伏器件為主。因?yàn)槠淠芰哭D(zhuǎn)化效率在短短的幾年間已經(jīng)突破了22%,據(jù)報(bào)道與單晶硅太陽(yáng)能電池的性能已然相差不大。目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)的課題組都是通過(guò)研發(fā)新型的鈣鈦礦類物質(zhì)、對(duì)鈣鈦礦晶體光吸收層進(jìn)行改良、鈣鈦礦活性層晶體生長(zhǎng)的微觀形貌進(jìn)行不斷的調(diào)整,還有一部分關(guān)鍵的研究方向就是用一些有機(jī)物對(duì)電子傳輸層或HTM層進(jìn)行修飾等來(lái)提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。而本論文則主要是通過(guò)界面工程的方法對(duì)鈣鈦礦光伏器件中起著傳導(dǎo)電子作用的介空Ti02層進(jìn)行吸附來(lái)提高電池的器件的光電轉(zhuǎn)化效率,我們圍繞著上面的思路主要開(kāi)展了下面兩方面工作:(1)關(guān)于可再生的清潔能源、依靠太陽(yáng)能制備出的不同種類的光伏電器件和新興起來(lái)的鈣鈦礦光伏電池的發(fā)展概況。(2)從DSSCs光伏器件的思路出發(fā)進(jìn)行探索。研究D-π-A小分子的分子特征與電池被修飾后的光電參數(shù)的相互關(guān)系。4-氨乙基苯甲酸分子設(shè)計(jì)合成,羧基作為錨定基團(tuán)與Ti02介孔層連結(jié)構(gòu)。通過(guò)光物理、光伏以及電化學(xué)方法對(duì)一系列D-π-A小分子進(jìn)行了相關(guān)性能的測(cè)試與研究。研究結(jié)果表明,以鈣鈦礦材料為核心的光伏器件的光電性能隨著氨基鏈的縮短而逐漸提升。(3)通過(guò)界面工程的方法將D-π-A小分子4-氨基水楊酸吸附到介空二氧化鈦層上,提升了器件的能量轉(zhuǎn)換效率。在水楊酸結(jié)構(gòu)與二氧化鈦納米粒子之間的三齒錨定模式可以提高界面間電子注入效率,顯著地提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。通過(guò)使用不同種類的D-π-A小分子進(jìn)行篩選,基于4-氨基水楊酸修飾后的器件的光電轉(zhuǎn)換效率是14.4%,而沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何修飾的器件的效率為11.1%,有了將近30%的提升。通過(guò)對(duì)I-V數(shù)據(jù)以及IPCE數(shù)據(jù)的分析可得,填充因子(由58.3%提高至67.2%)和短路電流(由18.87 mA/cm2提高到20.81 mA/cm2)的提高是能量轉(zhuǎn)換效率大幅增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。通過(guò)掃描電鏡(SEM)等表征手段對(duì)鈣鈦礦活性層薄膜表面形貌進(jìn)行分析表明D-π-A小分子的修飾提高了電子由鈣鈦礦層向TiO2介孔層中的注入效率,從而有利于電池性能的提升。電化學(xué)阻抗譜(EES)的測(cè)試證明在鈣鈦礦層與介空二氧化鈦層間插入4-氨基水楊酸單分子層能夠有效地抑制電子-空穴對(duì)在金屬氧化物電荷傳輸層與鈣鈦礦光吸收層之間界面處的再度復(fù)合,從而顯著的提高了電荷由鈣鈦礦層經(jīng)過(guò)D-π-A小分子的π橋注入到介空二氧化鈦層的效率。
[Abstract]:The growing global energy consumption, coupled with a serious environmental problem, is urging mankind to seek and develop clean renewable energy that can promote the sustainable development of society as a whole. Solar energy is a clean, green, and continuously renewable natural energy source. As the latest generation of photovoltaic devices, the perovskite solar cells not only have low cost, simple process but also have the advantages of friendly environment. According to the renewable energy in the United States, the new generation of photovoltaic devices can be used as the latest generation of photovoltaic devices. The latest report of the laboratory is that organic-inorganic hybrid photovoltaic cells have become one of the hottest areas now. This photovoltaic device, which is composed of organic and inorganic substances, is currently mainly the core of the perovskite material, because its energy conversion efficiency has exceeded 22% in a few years, it is reported to have been reported. The performance of the monocrystalline silicon solar cell is not quite different. Most of the research groups at home and abroad are developing the new perovskite material, improving the perovskite crystal light absorption layer and adjusting the micromorphology of the perovskite active layer crystal growth, and some key research directions are the use of one of the key research directions. Some organic materials modify the electron transport layer or HTM layer to improve the energy conversion efficiency of the perovskite solar cells. This paper is mainly based on the interface engineering method to adsorb the dielectric Ti02 layer of the perovskite photovoltaic devices to improve the photoelectric conversion efficiency of the battery devices. The following two aspects of the work are carried out: (1) the development of renewable clean energy, different kinds of photovoltaic devices based on solar energy and the emerging perovskite photovoltaic cells. (2) explore from the idea of DSSCs photovoltaic devices. Study on the molecular characteristics and batteries of D- PI -A small molecules The relationship of the modified optoelectronic parameters.4- ammonia ethyl benzoic acid molecular design synthesis, carboxyl as anchoring group and Ti02 mesoporous layer structure. Through photophysics, photovoltaic and electrochemical methods for a series of D- PI -A small molecules related properties test and study. Research results show that the core of the perovskite core photovoltaic The photoelectric properties of the device gradually increase with the shortening of the amino chain. (3) the D- PI -A small molecule 4- amino salicylic acid is adsorbed on the mesoporous titanium dioxide layer by the interface engineering method. The energy conversion efficiency of the device is enhanced. The three tooth anchoring mode between the salicylic acid structure and the titanium dioxide nanoparticles can improve the electron beam between the interface. The efficiency of the perovskite solar cell is significantly improved. By using different kinds of D- PI -A small molecules, the photoelectric conversion efficiency of the device based on 4- amino salicylic acid is 14.4%, while the efficiency of the device without any modification is 11.1%, and it has nearly 30% enhancement. Through the I-V data and the IPCE number According to the analysis, the filling factor (from 58.3% to 67.2%) and the increase of short circuit current (from 18.87 mA/cm2 to 20.81 mA/cm2) are the key factors to increase the energy conversion efficiency. The surface profile of the perovskite active layer film is analyzed by means of scanning electron microscopy (SEM) and other characterization means that the modification of the small molecule of D- PI -A improves the electricity. The injection efficiency of the sublayer from the calcium titanium layer to the TiO2 mesoporous layer is beneficial to the improvement of the battery performance. The electrochemical impedance spectroscopy (EES) tests prove that the insertion of 4- amino salicylic acid single molecular layer between the calcium and titanium layer and the mesoporous titanium dioxide layer can effectively suppress the electron hole pair in the oxide charge transfer layer and the perovskite light absorption layer. The recombination between the interfaces increases the efficiency of charge injected from the TiO 2 layer to the TiO2 layer through the pion bridge of D- PI -A small molecules.
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：1982945