本文選題：鈣鈦礦太陽能電池 + 電子傳輸層　； 參考：《江蘇科技大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近幾年,基于固態(tài)有機(jī)-無機(jī)鉛鹵化物的鈣鈦礦材料由于具有較好的光學(xué)帶隙、高載流子遷移率、超寬的光譜吸收邊和低成本的制備工藝等優(yōu)點(diǎn),引起了全世界科學(xué)家的關(guān)注。同時(shí),基于CH3NH3PbX3(X=I-,Br-,Cl-)此類材料所制備的鈣鈦礦太陽能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率(最高已經(jīng)達(dá)到22%)、制備工藝簡單和可以在柔性基底上制備等優(yōu)點(diǎn),顯示出了非常好的發(fā)展應(yīng)用前景。雖然基于二氧化鈦(TiO2)電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池器件具有如此多的優(yōu)點(diǎn),但是,幾乎所有科學(xué)家都發(fā)現(xiàn),潮濕和高溫環(huán)境下的器件穩(wěn)定性很差,服役壽命很短,主要是因?yàn)殁}鈦礦光吸收層容易降解。為了解決器件的在潮濕環(huán)境下不穩(wěn)定的問題,氧化鋅(ZnO)被引入到鈣鈦礦太陽能電池中,來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子傳輸層二氧化鈦(Ti O2)制備出了潮濕環(huán)境下穩(wěn)定性較好的鈣鈦礦器件�；赯nO電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池雖然在潮濕環(huán)境下具有一定的穩(wěn)定性,但是,高溫環(huán)境下所制備的器件依然容易失效。本論文首先對(duì)制備鈣鈦礦光吸收層(甲胺鉛碘)的工藝進(jìn)行了優(yōu)化,所制備的甲胺鉛碘晶粒結(jié)晶性好,形成的薄膜平整且致密、吸光性能強(qiáng)。將所制備的甲胺鉛碘薄膜和其他界面層進(jìn)行組裝,獲得了光電轉(zhuǎn)化效率為12.56%的鈣鈦礦太陽能電池器件。其次,為了研究高溫環(huán)境下鈣鈦礦太陽能電池的失效機(jī)理,將器件置于150℃的環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試表征,首次確定了其失效的機(jī)理:ZnO表面的羥基會(huì)與CH3NH3PbI3分子中的甲胺離子(CH3NH3+)離子發(fā)生路易斯酸堿反應(yīng),造成CH3NH3PbI3分解為碘化鉛(PbI2)以及其他物質(zhì),最終,導(dǎo)致所制備的器件失效。最后,通過對(duì)所得失效原因進(jìn)行深入分析,研究并開展了以下兩方面的工作:(1)通過制備Sn摻雜氧化鋅薄膜(TZO)作為電子傳輸層來解決鈣鈦礦太陽能電池在高溫環(huán)境下容易失效的問題,確定最佳Sn摻雜濃度為2%,最佳退火溫度為200℃的制備工藝。通過原位掠入射X射線衍射實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到,沉積在TZO薄膜上面的CH3NH3PbI3薄膜能夠在150℃溫度環(huán)境下穩(wěn)定存在60分鐘以上,相較于沉積在ZnO表面的參比試樣(20min)提高2倍。同時(shí)通過紅外測(cè)試表明,Sn元素的摻雜能夠有效減少ZnO表面羥基的量,從而抑制鈣鈦礦層的分解,起到保護(hù)作用。所制備的基于TZO電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池效率可以達(dá)到13.06%,在外界中可以穩(wěn)定存在15天以上,而且效率下降僅僅只有20%。另外,通過對(duì)TZO薄膜的表征表明,Sn元素的摻雜提高了ZnO在ITO導(dǎo)電玻璃上的覆蓋率,有效抑制了電子-空穴對(duì)在鈣鈦礦層與ZnO之間界面的復(fù)合,大大提高了電荷在鈣鈦礦和電子傳輸層之間的傳輸效率,提高了所制備器件的光電轉(zhuǎn)化效率。(2)通過制備氧化鋅/石墨烯量子點(diǎn)(ZnO-G QDs)作為電子傳輸層來解決鈣鈦礦太陽能電池在高溫環(huán)境下容易失效的問題,確定最佳GO摻雜量為80mg,最佳退火溫度為200℃的制備工藝。XRD和TEM實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,成功制備出ZnO-G QDs。通過原位掠入射X射線衍射實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到,沉積在TZO薄膜上面的CH3NH3PbI3薄膜能夠在150℃溫度環(huán)境下穩(wěn)定存在80分鐘以上,相較于沉積在ZnO表面的參比試樣(20min)提高60min。通過紅外測(cè)試表明,通過石墨烯對(duì)ZnO的包覆,減少了外露羥基的數(shù)量,避免其表面的羥基與CH3NH3PbI3直接接觸,從而減少路易斯酸堿反應(yīng)的發(fā)生,起到保護(hù)鈣鈦礦層的作用。所制備的基于ZnO-G QDs電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池效率可以達(dá)到13.41%,在空氣中可以穩(wěn)定存在15天以上,而且效率下降僅為20%。通過對(duì)ZnO-G QDs的表征表明,石墨烯對(duì)ZnO的包覆,提升了ZnO薄膜晶粒的結(jié)晶度和致密性,減少了薄膜內(nèi)部晶粒的缺陷,大大提高了電子傳輸效率。在研究和制備鈣鈦礦太陽能電池時(shí),考慮到高光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性,選用合適的電子傳輸層時(shí),應(yīng)該多方面系統(tǒng)性地考慮電子傳輸性能、界面是否致密平整、與鈣鈦礦光吸收層是否反應(yīng)和制備成本以及工藝是否簡單等因素,本文的研究內(nèi)容為今后制備高效且穩(wěn)定工作的鈣鈦礦太陽能電池器件提供了一定的借鑒意義。
[Abstract]:In recent years , the perovskite - type solar cells based on solid - state organic - inorganic lead halide have the advantages of high photoelectric conversion efficiency ( up to 22 % ) , high carrier mobility , broad spectrum absorption edge and low cost . The preparation process of the perovskite solar cell based on the electron transport layer of the ZnO - G QDs shows that the ZnO - G QDs can be stabilized for more than 15 days and the efficiency is reduced by only 20 % .
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2046802