發(fā)布時(shí)間：2020-04-03 05:16

【摘要】：近年來,納米材料因其獨(dú)特的化學(xué),電學(xué),光學(xué)等特性,越來越多地作為界面修飾材料應(yīng)用到新型光電子器件上。本工作通過低溫制備無表面配體修飾的n型TiO2納米晶和p型超薄二維鈣鈦礦納米片(PEA)2PbX4(X=Cl,Br,I),將其作為界面修飾材料應(yīng)用在有機(jī)以及有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池中,研究其界面特性以及對器件性能的影響。論文著重從納米材料設(shè)計(jì)合成、表面特性和光電特性研究、成膜工藝、設(shè)計(jì)新的器件結(jié)構(gòu)等多方面進(jìn)行了闡述,從新材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及器件性能優(yōu)化上提供了新思路。(1)利用水浴法低溫水解合成了表面無配體的可水分散的銳鈦礦相與金紅石相TiO2納米晶。將合成的TiO2納米晶制備成電子傳輸層應(yīng)用在基于PTB7:PC71BM體系的有機(jī)太陽能電池中,實(shí)現(xiàn)了高效的光伏性能。其中基于銳鈦礦相TiO2納米晶的器件得到了最高7.85%的光電轉(zhuǎn)換效率,基于金紅石相TiO2納米晶的器件最高效率為6.93%,兩者均高于以無定形TiO2為修飾層器件的6.11%。薄膜與器件的光電特性表征說明器件性能的提升主要來自于所合成的納米晶具有均一的表面形貌、良好的結(jié)晶性、良好的水溶劑單分散性以及合適的能級(jí)結(jié)構(gòu)等優(yōu)異性能,從而導(dǎo)致界面處復(fù)合損失的減少以及電荷收集效率的提升。(2)通過簡單高效的反向溶劑法合成了一系列分子結(jié)構(gòu)為(PEA)2PbX4(X= Cl,Br,I)的平均僅為幾層晶格結(jié)構(gòu)的有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦納米片。納米片表現(xiàn)出良好有機(jī)溶劑分散性和厚度可調(diào)控性。通過不同鹵素元素的摻雜,實(shí)現(xiàn)了納米片吸收光譜與光致發(fā)光光譜從可見光到近紫外的連續(xù)調(diào)控,即通過鹵素?fù)诫s調(diào)整超薄納米片的禁帶寬度。為研究超薄納米片的電學(xué)特性,將納米片引入到聚合物p型半導(dǎo)體P3HT,制備了以(PEA)2PbX4(X= Cl,Br,I):P3HT混合薄膜為溝道半導(dǎo)體材料的場效應(yīng)晶體管。相較于P3HT的參照器件,基于復(fù)合薄膜器件的遷移率均有提升,其中基于P3HT:(PEA)2PbI4復(fù)合薄膜器件的空穴遷移率提高了兩個(gè)數(shù)量級(jí),達(dá)到1.43×10-1 cm2 V-1 s-1。(3)將上述方法合成的二維鈣鈦礦超薄納米片作為界面修飾材料作為空穴傳輸層,結(jié)合第一部分工作中制備的銳鈦礦相TiO2納米晶作為電子傳輸材料,應(yīng)用到一步法制備的MAPbI3薄膜鈣鈦礦太陽能電池中,實(shí)現(xiàn)了最高光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)18.53%的鈣鈦礦太陽能電池,相較于對比器件(15.4%),效率提升20%。薄膜形貌、表面特性、能級(jí)結(jié)構(gòu)以及光譜分析等表征揭示了器件性能提升的原因,可歸結(jié)于:一是納米片提升了器件的光吸收效率,二是納米片具備合適的能級(jí)結(jié)構(gòu),修飾了 MAPbI3薄膜的界面缺陷態(tài),三是鈣鈦礦納米片可能會(huì)提升空穴傳輸層的遷移率。
【圖文】：

北京交通大學(xué)博士學(xué)位論文邐＾逡逑１引言逡逑對于工業(yè)化進(jìn)程穩(wěn)步快速發(fā)展的當(dāng)今社會(huì)，能源需求問題越來越成為制約發(fā)逡逑展的關(guān)鍵因素。依據(jù)２０１７年全球能源數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)年報(bào)的結(jié)果可知［１］，近三十年來，逡逑全球能源需求增長速度日益加快，其中中國連續(xù)１６年位于能源需求總量的第一位。逡逑然而傳統(tǒng)的非可再生能源如石油、煤炭的持續(xù)大量挖掘使用的同時(shí)帶來了全球變逡逑暖及環(huán)境污染等問題。因此，加快發(fā)展可再生且環(huán)境友好的新能源并逐步代替?zhèn)麇义辖y(tǒng)的石油、煤炭燃料將成為能源發(fā)展的必然趨勢。直至２０１６年，全球能源市場結(jié)逡逑構(gòu)正逐步轉(zhuǎn)變，各國可再生能源利用比例飛速發(fā)展，然而石油能源仍然提供了大逡逑部分的能源需求，研宄開發(fā)可再ｇ新能源既是挑戰(zhàn)又是機(jī)遇。逡逑３．０逡逑

１．２有機(jī)太陽能電池逡逑有機(jī)半導(dǎo)體材料與無機(jī)半導(dǎo)體相比遷移率較低，然而卻有著更高的光吸收系逡逑數(shù)，對于１００邋ｎｍ左右的薄膜卻具有很高的光吸收效率，且有機(jī)半導(dǎo)體材料可以通逡逑過化學(xué)方法進(jìn)行分子修飾，，進(jìn)而得到不同物理性能的材料。有機(jī)太陽能電池以其逡逑柔性、制作成本低廉、適用于大面積可印刷工藝的優(yōu)勢吸引了大量科研工作者。逡逑研究內(nèi)容主要包括探究有機(jī)太陽能電池的工作機(jī)制、設(shè)計(jì)新的器件結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)合逡逑成新的光敏材料體系以及提升器件的光電轉(zhuǎn)換效率。迄今為止，人們已對有機(jī)太逡逑陽能電池有了一定的認(rèn)知且器件的光電轉(zhuǎn)換效率突破了邋１0％［１（），１１］。逡逑１．２．１有機(jī)太陽能電池的工作原理逡逑有機(jī)太陽能電池的工作原理基于前線軌道理論，最低未占領(lǐng)分子軌道ＬＵＭＯ逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2612984