發(fā)布時間：2018-06-10 08:25

  本文選題：鈣鈦礦 + 銅　； 參考：《電子科技大學》2017年碩士論文

【摘要】：對于鈣鈦礦太陽能電池來說,深入了解材料的性能(本征晶體結構,材料的摻雜)和太陽能電池器件工作機理(電子和空穴的傳輸模式,載流子動力學和光伏性能)之間的關系是鈣鈦礦太陽能電池重要的研究方向之一。在保持較高的電池轉換效率的同時,簡化制備工藝和降低電池成本是提升鈣鈦礦太陽能電池應用前景的重要途徑。通過摻雜鈣鈦礦界面與金屬接觸的優(yōu)化設計能研究鈣鈦礦材料的本征特性、擺脫使用空穴傳輸層、簡化鈣鈦礦太陽能電池制備工藝和得到較高光伏性能,同時也是研究光伏電池器件工作機理的一種非常有效的手段。在本文中,我們報道一種在ITO基底上利用簡單的一步旋涂法原位制備出具有獨特結構的銅摻雜鈣鈦礦(CH_3NH_3)1-xCuxPbI3材料。我們首先結合TEM和XPS技術證明了銅元素摻雜在鈣鈦礦結構中。這個摻雜的現(xiàn)象被證明可能是發(fā)生在用于制膜的旋涂過程中,且在該過程中可能原位形成了具有梯度銅鉛比的摻雜薄膜。此外,我們設計和制造了一系列反式的無空穴傳輸層結構ITO/(CH_3NH_3)1-x Cux PbI3/PCBM/Ag器件。通過對這些器件光電性能的初步測試,獲得了令人滿意的高達15.84%的光電轉換效率,這是目前無空穴傳輸層結構鈣鈦礦太陽能電池所表現(xiàn)出的優(yōu)異轉換效率。通過分析瞬態(tài)光電壓(TPV)和KPFM數(shù)據,由于合適的費米能級調制作用,銅摻雜的鈣鈦礦薄膜中光生載流子分離速度加快,同時與ITO界面處的電荷復合減少。同時發(fā)現(xiàn)銅摻雜鈣鈦礦薄膜中可能存在一個從(CH_3NH_3)1-xCuxPbI3表面指向ITO電極的內建電場,并且薄膜內部合適的費米能級對促進空穴的收集和傳輸起到了關鍵性作用。該方法除了有效地降低了制造成本,還提供了一種新的原位摻雜的研究方向,即通過調整鈣鈦礦材料(CH_3NH_3)1-xCuxPbI3的能帶結構改善其在ITO一側收集空穴的能力。針對鈣鈦礦太陽能電池的組裝和系統(tǒng)設計,本文提供了一種鈣鈦礦太陽能電池新的組裝方法,對輸配電系統(tǒng)不便利條件下的用戶用電問題進行了家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設計,包括蓄電池容量的計算、控制器的選擇、逆變器的選擇等。經過測試,鈣鈦礦太陽能電池器件的性能得到了相應的驗證,也為以后的家用光伏發(fā)電系統(tǒng)提供了新的思路。
[Abstract]:For perovskite solar cells, learn more about the properties of the materials (intrinsic crystal structure, material doping) and the working mechanism of solar cell devices (electron and hole transport modes). The relationship between carrier dynamics and photovoltaic properties is one of the important research directions of perovskite solar cells. At the same time, it is an important way to improve the application prospect of perovskite solar cells by simplifying the preparation process and reducing the cell cost. Through the optimization design of the contact between doped perovskite interface and metal, the intrinsic characteristics of perovskite materials can be studied, and the preparation process of perovskite solar cells can be simplified and the photovoltaic properties can be obtained by eliminating the use of hole transport layer. At the same time, it is also a very effective means to study the working mechanism of photovoltaic devices. In this paper, we report a novel Cu-doped perovskite Ch _ 3NH _ 3N _ 1-xCu _ xPbI _ 3 material with unique structure prepared on ITO substrate by a simple one-step spin coating method. We first proved that copper doped in perovskite structure by TEM and XPS. It has been proved that the doping may occur in the process of spin-coating, and the doped films with gradient copper-lead ratio may be formed in situ during the process. In addition, we have designed and fabricated a series of trans-hole free transport layer (ITO / T) Ch _ 3NH _ 3s _ (1-x) Cu _ x PbI _ (3 / PCBM / Ag) devices. A satisfactory photoelectric conversion efficiency of up to 15.84% has been obtained through the preliminary measurement of the optoelectronic properties of these devices, which is an excellent conversion efficiency of perovskite solar cells with no hole transport layer structure at present. By analyzing the transient photovoltage (TPVV) and KPFM data, due to the appropriate Fermi level modulation, the photoinduced carrier separation rate in the copper-doped perovskite films is accelerated and the charge recombination with the ITO interface is reduced. It is also found that there may be a built-in electric field pointing to the ITO electrode from CHS _ 3NH _ 3H _ 3N _ 1-x Cu _ xPbI _ 3 surface in the copper-doped perovskite film, and the appropriate Fermi energy level in the film plays a key role in promoting the collection and transport of holes. This method not only reduces the manufacturing cost effectively, but also provides a new research direction of in situ doping, that is, by adjusting the energy band structure of the perovskite material, CH3NH3NH3CxCuxPbI3, the energy band structure of the perovskite material can improve its ability to collect holes on the ITO side. Aiming at the assembly and system design of perovskite solar cells, a new assembly method of perovskite solar cells is presented in this paper. Including battery capacity calculation, controller selection, inverter selection and so on. After testing, the performance of perovskite solar cell devices has been verified, which provides a new idea for the future household photovoltaic power generation system.
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2002579