【摘要】：ABX_3型鹵化物鈣鈦礦是以[BX_6]~(4-)八面體作為骨架,A離子嵌在[PbI_6]~(4-)八面體間隙并與12個(gè)相鄰近的鹵素離子形成的立方晶體結(jié)構(gòu)。鹵化物鈣鈦礦具有優(yōu)異的光學(xué)與電學(xué)性質(zhì),良好的成膜性,簡(jiǎn)單的制備工藝,可用于多種器件結(jié)構(gòu)中等優(yōu)勢(shì)。自2009年首次將鹵化物鈣鈦礦作為光吸收層材料應(yīng)用于染料敏化太陽(yáng)能中取得了3.8%的光電轉(zhuǎn)換效率之后,短短的幾年時(shí)間器件的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)達(dá)到22.7%,這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)染料敏化太陽(yáng)能電池與有機(jī)聚合物太陽(yáng)能電池的最高光電轉(zhuǎn)換效率,成為光伏領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。在多種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)中,全印刷介觀TiO_2/Al_2O_3(/NiO)/碳電極型的器件結(jié)構(gòu)由于其制備過(guò)程簡(jiǎn)單,制備成本低以及優(yōu)異的器件穩(wěn)定性等優(yōu)勢(shì),成為一種極具發(fā)展?jié)摿Φ钠骷Y(jié)構(gòu)。目前,與金屬電極鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比,全印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率仍然較低。此外,CH_3NH_3PbI_3是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中研究最為廣泛的一類鈣鈦礦材料。但是,其差的熱穩(wěn)定性限制了其商業(yè)化的應(yīng)用。針對(duì)以上問(wèn)題,本論文以全印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中光吸收材料與對(duì)電極作為研究對(duì)象開(kāi)展了以下工作:(1)通過(guò)研究不同Cs取代量對(duì)Cs_x(FA_(0.4)MA_(0.6))_(1-x)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦材料性質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)隨著Cs取代量的增加,吸收光譜隨之發(fā)生藍(lán)移,激子束縛能隨之增加。隨后,我們將不同Cs取代量的Cs_x(FA_(0.4)MA_(0.6))_(1-x)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦運(yùn)用于全印刷介觀TiO_2/Al_2O_3/NiO/碳電極器件結(jié)構(gòu)中,發(fā)現(xiàn)基于Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池取得了17.02%的光電轉(zhuǎn)換效率。利用暫態(tài)光電壓/光電流衰減測(cè)試,電化學(xué)阻抗譜,多光強(qiáng)等測(cè)試研究了Cs的取代對(duì)器件內(nèi)載流子傳輸性能的影響。研究發(fā)現(xiàn),與未用Cs取代的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比,Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具有更長(zhǎng)的載流子傳輸長(zhǎng)度,能夠有效的減少載流子在傳輸過(guò)程中的復(fù)合反應(yīng)。此外,在Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制中載流子處于平衡狀態(tài),不利于復(fù)合中心產(chǎn)生復(fù)合反應(yīng)。此外,Cs_(0.05)(FA_(0.4)MA_(0.6))_(0.95)PbI_(2.8)Br_(0.2)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池表現(xiàn)出優(yōu)異的熱穩(wěn)定性。(2)研究了不同Bi~(3+)摻雜量對(duì)Cs(Pb:xBi)I_2Br鈣鈦礦材料性質(zhì)的影響以及將其應(yīng)用于TiO_2/Al_2O_3/NiO/碳電極器件結(jié)構(gòu)中對(duì)器件性能的影響。隨著B(niǎo)i離子摻雜量的增加,Cs(Pb:xBi)I_2Br鈣鈦礦材料的吸收光譜隨之發(fā)生紅移并會(huì)使鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)收縮。但是,Bi~(3+)摻雜后器件的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)發(fā)生驟降。我們利用時(shí)間分辨熒光光譜與電化學(xué)阻抗測(cè)試去探究器件性能降低的原因,我們發(fā)現(xiàn)在CsPbI_2Br鈣鈦礦中摻入Bi~(3+)后,薄膜內(nèi)的雙分子復(fù)合和缺陷態(tài)復(fù)合過(guò)程均變得更加嚴(yán)重。且Bi~(3+)的摻入會(huì)導(dǎo)致器件界面處的態(tài)密度分布變寬,致使器件界面處的缺陷態(tài)密度增加,界面處的復(fù)合過(guò)程加快。(3)利用NiO納米顆粒與單壁碳納米管制備出具有優(yōu)異空穴抽取能力的NiO/單壁碳納米管薄膜(~1.8μm)。我們將此薄膜應(yīng)用于全印刷鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中取得了12.7%的光電轉(zhuǎn)換效率。通過(guò)電化學(xué)阻抗測(cè)試發(fā)現(xiàn),以~1.8μm的NiO/單壁碳納米管薄膜作為對(duì)電極的器件具有更好的載流子收集效率。
【圖文】：

中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論1 緒論經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要物質(zhì)保障。在我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的油、天然氣等）的消耗總量也不斷增加。然而，世并且大規(guī)模使用傳統(tǒng)能源會(huì)帶來(lái)諸多的環(huán)境問(wèn)題。球無(wú)法承受的邊緣，嚴(yán)重地破壞了自然界的生態(tài)平發(fā)展的限制，，減少對(duì)環(huán)境造成的污染，加大對(duì)新的。

華 中 科 技 大 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文鈣鈦礦膜中的深能級(jí)缺陷，得到了 22.1%的認(rèn)證光電轉(zhuǎn)換效率，1 cm-2時(shí)的光電轉(zhuǎn)換效率為 19.7%[79]。目前，已經(jīng)有研究小組制備出 NREL 認(rèn)證的 22.7%的光電轉(zhuǎn)換效率，這是目前鈣鈦礦太陽(yáng)電池中最高的光電轉(zhuǎn)換效率（如圖 1-7 所示）。但是，還未出現(xiàn)相關(guān)文章的報(bào)道[80]。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 ;Alternate redox electrolytes in dye-sensitized solar cells[J];Chinese Science Bulletin;2012年32期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 季庚午;鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中界面電子結(jié)構(gòu)的研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所);2017年

2 劉通發(fā);全印刷介觀太陽(yáng)能電池間隔層及鈣鈦礦晶體生長(zhǎng)調(diào)控研究[D];華中科技大學(xué);2016年

3 曹昆;介觀太陽(yáng)能電池光吸收材料與介孔膜結(jié)構(gòu)研究[D];華中科技大學(xué);2016年

4 徐曉寶;鈣鈦礦太陽(yáng)能電池工作機(jī)理、回滯、降解研究[D];華中科技大學(xué);2015年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 陳晶;高效率有機(jī)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究[D];東南大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2697427