【摘要】：在鈣鈦礦太陽能電池中,空穴傳輸層對器件效率及穩(wěn)定性起著極為重要的作用。席夫堿金屬配合物作為一類新型的金屬配合物,具有合成簡單、成本低廉、半導體性能優(yōu)越等特點,且可通過化學修飾調(diào)節(jié)材料的電子能級,使其與鈣鈦礦材料的能級相匹配,是一類理想的鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料,然而,目前這方面的研究卻鮮有報道。本研究設(shè)計合成了一系列新型席夫堿金屬配合物,探討了該系列材料作為鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸層的可行性;通過改變不同中心金屬及引入烷基鏈,系統(tǒng)調(diào)節(jié)材料的物理、化學和電子等性質(zhì),篩選出合適的分子結(jié)構(gòu)應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池,構(gòu)建合適結(jié)構(gòu)的電池器件,通過器件性能表征,系統(tǒng)研究了材料分子結(jié)構(gòu)與器件性能的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。本研究設(shè)計合成了一系列含有不同中心金屬的席夫堿金屬配合物:PtMePy、PdMePy、NiMePy、CuMePy、PtPy、PdPy和CuPy,通過核磁共振、質(zhì)譜、元素分析、紅外光譜等技術(shù)對材料結(jié)構(gòu)進行表征;探索了不同中心金屬及甲基取代和非甲基取代對材料的電子能級、熱/化學穩(wěn)定性、光譜性質(zhì)、有機溶解度等性質(zhì)的影響規(guī)律。采用真空蒸鍍法制備上述材料薄膜,利用掠入式X射線衍射(GIXRD)技術(shù)結(jié)合材料單晶數(shù)據(jù)研究了薄膜內(nèi)分子間的相互作用,結(jié)果表明,材料分子間的相互作用以π-π堆積為主,易形成具有良好電荷傳輸性質(zhì)的高度取向的多晶薄膜;通過掃描電子顯微鏡(SEM)和原子力顯微鏡(AFM)技術(shù)研究薄膜的形貌,以此為依據(jù)調(diào)節(jié)薄膜的制備工藝參數(shù)及篩選合適的薄膜;利用電離能測試光電子能譜(IPS)技術(shù)測試了材料的電子能級,結(jié)果表明,材料的電子能級與鈣鈦礦材料的能級相匹配,適合作為鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸材料。本研究以此類材料為空穴傳輸層,構(gòu)建n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池,器件測試結(jié)果表明,除了CuPy,基于PtMePy、PdMePy、CuMePy、NiMePy、PtPy和PdPy的器件分別獲得7.35%、6.88%、8.00%、8.15%、4.73%和3.55%的光電轉(zhuǎn)換效率,其中,基于NiMePy的器件光電轉(zhuǎn)換效率最高,測試結(jié)果可由單晶數(shù)據(jù)獲得合理解釋。實驗結(jié)果同時表明,該系列席夫堿金屬配合物薄膜能有效隔絕空氣中水氧的入侵,對電池起到有效的封裝作用,從而提高器件的壽命及穩(wěn)定性。本論文同時研究了不同的封裝材料(UV膜、玻璃帽、Teflon溶液和銅酞菁等)對鈣鈦礦穩(wěn)定性的影響,結(jié)果表明,UV膜的封裝效果最好,將封裝后的鈣鈦礦活性層放置于空氣中300天左右后,活性層仍舊保持良好的穩(wěn)定性。
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文- 3 -圖1-1 太陽能電池最高能量轉(zhuǎn)換效率圖[25]1.2 鈣鈦礦太陽能電池1.2.1 活性層材料的主要結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池的光吸收層材料是一種具有三維結(jié)構(gòu)的有機—無機雜化材料，結(jié)構(gòu)為 ABX3（如圖 1-2）。在典型的 ABX3型活性層材料的結(jié)構(gòu)中，A 一般指的是一些有機胺離子（如 CH3NH3+, NH=CHNH3+），位于立方體的八個頂點，，其主要功能是保持晶格中的電荷平衡，但是，A 離子的大小可以改變能隙的大�。籅 是位于立方體體心的二價金屬離子（如 Pb2+或 Sn2+）；X表示位于立方體面心上的鹵素離子（I-，Br-，Cl-）或者多種鹵素元素的摻雜[34]。ABX3結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦的光電性能的調(diào)整可以通過變換 A，B

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文工作原理能電池的工作原理[36]如圖 1-3 所示，當太陽材料吸收光子，受到激發(fā)而產(chǎn)生電子空穴對半導體的導帶中，然后再遷移至電子傳輸材電膜的集流作用將載流子引入外電路，經(jīng)外空穴轉(zhuǎn)移到空穴傳輸材料中，被空穴傳輸材電極上，如此形成一個完整的循環(huán)，從而產(chǎn)路，器件實現(xiàn)了將光能轉(zhuǎn)換成電能，而內(nèi)部/HTM 的界面層，通過光產(chǎn)生的電子重組形成不需要的。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4

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本文編號：2609387