本文選題：高穩(wěn)定 + 無鉛　； 參考：《湘潭大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：近幾年,鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已由2009年報(bào)道的3.8%快速提升到經(jīng)權(quán)威認(rèn)證的22.1%,掀起了全球范圍的研究熱潮。然而,CH_3NH_3PbI_3鈣鈦礦光吸收材料存在穩(wěn)定性低和有毒性這兩個(gè)缺點(diǎn),這也是鈣鈦礦太陽能電池能否最終實(shí)用化所面臨的兩大挑戰(zhàn)性難題。為了解決上述關(guān)鍵問題,本文設(shè)計(jì)并制備出了一種高穩(wěn)定無鉛銅基有機(jī)無機(jī)雜化光吸收新材料(C_6H_4NH_2CuBr_2I),并將其用于可印刷碳電極介觀太陽能電池中。雖然僅取得了約0.5%的光電轉(zhuǎn)化效率,但為解決鈣鈦礦光吸收材料穩(wěn)定性差及含毒性鉛的難題提供了新思路。本論文主要包括以下內(nèi)容:(1)高穩(wěn)定無鉛有機(jī)無機(jī)雜化光吸收新材料的設(shè)計(jì)制備及結(jié)構(gòu)表征通過將鄰碘苯胺(C_6H_4NH_2I)和溴化銅(CuBr_2)等摩爾比反應(yīng)制備出了一種有機(jī)無機(jī)雜化光吸收新材料C_6H_4NH_2CuBr_2I,利用粉末X射線衍射、高分辨透射電子顯微鏡、能量色散X射線譜等研究手段研究了材料的晶體結(jié)構(gòu)及成分等信息。結(jié)果表明:C_6H_4NH_2CuBr_2I材料屬于六方晶系,空間群為R3,晶格參數(shù)為a=b=3.963(3)?、c=9.698(5)?,Z=3;銅元素和鹵素的比例約為1:3。(2)C_6H_4NH_2CuBr_2I光吸收材料的穩(wěn)定性研究利用接觸角測(cè)量?jī)x、熱重分析儀等研究手段研究了C_6H_4NH_2CuBr_2I材料的接觸角及熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明:C_6H_4NH_2CuBr_2I材料不僅具有~90°的接觸角,而且具有良好的熱穩(wěn)定性(起始失重溫度:~133°C)。此外,研究了C_6H_4NH_2CuBr_2I材料在水中浸泡4 h前后的XRD譜圖及用水沖洗5 min前后UV-Vis吸收光譜的變化情況,結(jié)果表明:XRD譜圖和UV-Vis吸收光譜未發(fā)生明顯變化,說明C_6H_4NH_2CuBr_2I光吸收材料具有優(yōu)異的水穩(wěn)定性。(3)C_6H_4NH_2CuBr_2I光吸收材料的光電性質(zhì)及光伏性能利用紫外-可見吸收光譜、透射光譜、光致發(fā)光譜、紫外光電子能譜等研究手段研究了材料的光學(xué)及電學(xué)性質(zhì)。結(jié)果表明:C_6H_4NH_2CuBr_2I薄膜具有合適的Eg(~1.64 eV),其光致發(fā)光峰位于1.50 eV;光吸收系數(shù)高達(dá)~6×104 cm-1;EF=-4.90 eV;Ev=-6.40 eV。最后,將C_6H_4NH_2CuBr_2I材料應(yīng)用到具有FTO/TiO_2/ZrO_2/Carbon結(jié)構(gòu)的可印刷介觀太陽能電池中。在標(biāo)準(zhǔn)太陽光下(AM1.5100 mW cm-2)測(cè)量器件的電流密度-電壓曲線,結(jié)果表明:器件的光電轉(zhuǎn)化效率約為0.5%、電流密度(Jsc)為~6.20 mA cm-2、開路電壓(Voc)為0.20 V、填充因子(FF)為0.46。
[Abstract]:In recent years, the photovoltaic conversion efficiency of perovskite solar cells has been rapidly improved from 3.8% reported in 2009 to 22.1 certified by authority, which has set off a worldwide research boom. However, there are two disadvantages of low stability and toxicity in the photoabsorption materials of Ch _ 3NH _ 3PbI _ 3 perovskite, which are two challenging problems for the practical application of perovskite solar cells. In order to solve the above key problems, a novel organic-inorganic hybrid optical absorption material based on lead-free copper (C6H4NH2CuBr2I) with high stability was designed and prepared, and it was used in printed carbon electrode mesoscopic solar cells. Although only about 0.5% of the photoelectric conversion efficiency has been achieved, it provides a new way to solve the problem of poor stability and toxic lead in perovskite photoabsorption materials. The main contents of this thesis are as follows: (1) the design, preparation and structure characterization of the novel materials for photoabsorption of high stability lead-free organic-inorganic hybrid materials. An organic-inorganic hybrid was prepared by the reaction of C _ 6H _ 4NH _ 2I and CuBr2 with the molar ratio of C _ 6H _ 4NH _ 2I and CuBr2. The new material for light absorption, Che _ 6H _ 2H _ T _ 4NH _ 2Cu _ Br _ 2I, was diffracted by powder X-ray diffraction, High resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used to study the crystal structure and composition of the materials. The results show that: C6H4NH2CuBr2I material belongs to hexagonal crystal system, space group is R3, lattice parameter is a=b=3.963 (3) ~ (9.698) (5), the ratio of copper to halogen is about 1: 3. (2) the stability of C6H4NH2CuBr2I optical absorption material is studied by contact angle measuring instrument. The contact angle and thermal stability of C _ S _ 6H _ 4NH _ 4NH _ 2C _ 2CuBr2I material were studied by thermogravimetric analysis. The results show that the W / C _ 6H _ 6H _ 4NH _ 2CuBr2I material not only has a contact angle of 90 擄, but also has good thermal stability (initial weightlessness temperature: 133 擄C). In addition, the changes of UV-Vis absorption spectra of C _ 6H _ 4NH _ 2CuBr2I material before and after immersion in water for 4 h and 5 min after washing with water were studied. The results showed that there was no significant change in the absorption spectra of C _ 6H _ 4NH _ 2CuBr2I and UV-Vis spectra. It shows that the C6H4NH2CuBr2I optical absorption material has excellent water stability. (3) the photoelectric properties and photovoltaic properties of the C6H4NH2CuBr2I optical absorption materials are characterized by UV-Vis absorption spectra, transmission spectra and photoluminescence spectra. The optical and electrical properties of the materials were studied by UV photoelectron spectroscopy. The results show that the appropriate E _ g (1.64 EV) and the photoluminescence peak are 1.50 EV and 6 脳 10 ~ 4 cm ~ (-1), respectively, and the optical absorption coefficient is as high as 6 脳 10 ~ 4 cm ~ (-1) and 4. 90 EV ~ (-6.40) EV. Finally, the C6H4NH2CuBr2I material is applied to the printed mesoscopic solar cells with the structure of FTO / TiO2 / ZrO2carbon. The current density and voltage curves of the device were measured under standard solar light (AM 1.5100 MW cm-2). The results show that the photoelectric conversion efficiency of the device is about 0.5, the current density (JSC) is 6.20 Ma cm-2, the open circuit voltage (VOC) is 0.20 V, and the filling factor (FF) is 0.46.
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(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)：2114515