【摘要】：自2009年以來,經(jīng)過短短數(shù)年的發(fā)展,以有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料為吸光層的鈣鈦礦太陽電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到了飛速的上升,從最初的3.8%增加到了 22.7%,充分展現(xiàn)出了其巨大的應(yīng)用前景。鈣鈦礦太陽電池主要由電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層和空穴傳輸層等組成。在前期研究過程中發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致鈣鈦礦太陽電池不穩(wěn)定的因素較多,各功能層的材料及結(jié)構(gòu)均會(huì)對(duì)穩(wěn)定性造成影響。為了增加太陽電池的穩(wěn)定性,我們從對(duì)其影響較大的電子傳輸材料和鈣鈦礦材料本體入手,開展了一系列的研究:(1)在電子傳輸材料方面,對(duì)于電池光照穩(wěn)定性能造成較大影響的原因在于常用的鈣鈦礦電子傳輸材料TiO_2具有很強(qiáng)的光催化性能,會(huì)誘導(dǎo)鈣鈦礦吸光材料的光降解。針對(duì)該問題,論文首次提出使用三元無機(jī)鈣鈦礦型氧化物錫酸鋇BaSnO_3(BSO)代替原有的TiO_2介孔電子傳輸材料。利用錫酸鋇優(yōu)良的光電性能,以及具有低催化活性、高電遷移率和無需相變的特點(diǎn),通過合成出高分散的BSO納米顆粒漿料并制備出優(yōu)良的BSO介孔電子傳輸層,成功制備了與傳統(tǒng)鈣鈦礦太陽電池光伏性能相似的BSO鈣鈦礦太陽電池,證明了使用三元無機(jī)半導(dǎo)體材料代替原有電子傳輸材料的可行性。之后利用BSO易于通過修飾成分和摻雜等方式調(diào)制改變自身的光學(xué)和電學(xué)性能的特性,將摻鑭錫酸鋇La-BaSnO_3(LBSO)作為電子傳輸材料應(yīng)用于PSCs中。所制備出的新型LBSO鈣鈦礦太陽電池實(shí)現(xiàn)了在不犧牲器件光伏性能的前提下有效地提高了鈣鈦礦太陽電池的光照穩(wěn)定性。(2)從鈣鈦礦吸光材料本身來說,該類材料尤其是經(jīng)典的碘鉛甲胺CH_3NH_3PbI_3材料具有較不穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì),對(duì)光、熱、濕度等條件均非常敏感,易降解。而化學(xué)性能較穩(wěn)定且無毒無污染的鉍基鈣鈦礦吸光材料是具有研究價(jià)值的新型鈣鈦礦材料。通過使用一種簡單易操作且制備條件溫和的溶劑調(diào)控法制備三元無機(jī)鈣鈦礦材料碘鉍銫Cs_3Bi_2I_9,相比于傳統(tǒng)的制備方法有效地改善了薄膜形貌,獲得了較高的器件效率以及良好的長期穩(wěn)定性能。除了鈣鈦礦型的吸光材料外,通過參考和分析鈣鈦礦吸光材料和器件的光電性能、能帶結(jié)構(gòu)以及電荷傳輸機(jī)理等性質(zhì),篩選并合成了新型三元無機(jī)吸光材料硫錫銀Ag_8SnS_6(ATS),該材料光電性能優(yōu)秀并且無毒無污染,化學(xué)穩(wěn)定性好�；贏TS的電池器件展現(xiàn)出了具有發(fā)展?jié)摿Φ墓怆娹D(zhuǎn)化效率以及卓越的長期穩(wěn)定性能。本文主要通過對(duì)鈣鈦礦太陽電池中原有的功能材料造成的電池缺陷和穩(wěn)定性問題進(jìn)行分析研究,篩選、合成和使用性能優(yōu)異的三元無機(jī)半導(dǎo)體材料代替電池中的原有功能材料,針對(duì)性地解決鈣鈦礦太陽電池的穩(wěn)定性差、有毒有污染等問題。這些研究改善了鈣鈦礦太陽電池中受到原有功能材料限制的問題,并可以為新型功能材料在鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用提供指導(dǎo)和思路。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)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
【圖文】：

各國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。而我國“十三五”規(guī)劃之中也緊跟國際步伐，進(jìn)逡逑一步調(diào)整和升級(jí)了能源發(fā)展策略，以提高我國的非化石能源的占比為目標(biāo)，將多逡逑種清潔的可再生能源放在了發(fā)展的首要位置。圖１．２為ＲＥＮ２１發(fā)布的２０１６年可逡逑再生能源全球裝機(jī)總量，金磚四國，歐盟以及前６個(gè)國家的裝機(jī)量排名Ｗ。從圖逡逑中可以看出，中國排在了以個(gè)體國家排名的可再生能源裝機(jī)量的首位，且遠(yuǎn)超第逡逑二名美國一百多千兆瓦，而金磚四國中也以中國的裝機(jī)量占比最大�？梢钥闯鲭m逡逑然我國的太陽光伏發(fā)電領(lǐng)域起步相對(duì)較晚，但在國家政策的大力扶持下得到了飛逡逑速的發(fā)展并引起了全球性的關(guān)注。此外，根據(jù)國家進(jìn)一步的未來發(fā)展規(guī)劃，預(yù)計(jì)逡逑２逡逑

２０１８年３月，由美國國家可再生能源實(shí)驗(yàn)室（Ｎａｔｉｏｎａｌ邋Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ邋Ｅｎｅｒｇｙ逡逑Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，邋ＮＲＥＬ）發(fā)布的由國際各權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證公布的各種本陽電池在實(shí)驗(yàn)室逡逑內(nèi)的最高光電轉(zhuǎn)化效率如圖１．３所示Ｗ。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ邐ＯＮｊＲＥＬ逡逑５２邋ｊ邐＿ｔ：．ｒｒｒ．．ｒＴｒｒ逡逑邐＿逡逑？邐ｆ逡逑Ｇ邋ｉ邋（Ｖ—＊ｙｌ＊＊＊ｌＶ邋ｉｔｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｉｔｉｉｉｉｉｉｉｉｔｉｉｉｉｉｉｉｔｉｉｉｉ邋ｉ：－＇逡逑１９？５邐１９８０邐１９８５邐１９９０邐１９９５邐２０００邐Ｊ�。埃埃颠姡玻埃保斑姡玻埃保颠姡玻埃玻板义蠄D１．３邋２０１８年ＮＲＥＬ發(fā)布的由國際各權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證公布的各種太陽電池在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的最氋光逡逑電轉(zhuǎn)化效率。逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｔｈｅ邋ｂｅｓｔ邋ｒｅｓｅａｒｃｈ－ｃｅｌｌ邋ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ邋ｏｆ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ邋ｃｏｌｌｅｃｔｅｄ邋ｂｙ邋ＮＲＥＬ邋ｉｎ邋２０１８．逡逑１．２．１硅基太陽電池逡逑娃基（薄膜）太陽電池（Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ邋Ｓｉ邋ｃｅｌｌｓ）邋—般是指對(duì)所有以單質(zhì)娃為主逡逑要材料輔以其他少量元素?fù)诫s制備得到的太陽電池的總稱。由于其最早開始被研逡逑[�，光道`省⑿閱芪榷ㄇ掖蠊婺Ｉ際踅銜墑歟悄殼吧桃禱罡�、辶x嫌τ梅段ё罟愕奶艫緋�。硅基太哑A緋刂饕舜騁庖逕系牡諞淮ゾЧ楨義系緋�、多晶硅稻p匾約胺薔Ч璞∧さ緋兀ㄈ繽跡保此荊�。单晶硅稻p厥且愿嘰垮義隙齲ǎ荊梗梗梗梗梗ィ┑牡ゾЧ櫛饕牧系奶艫緋�，也是臍ぐ茧H鹺頭⒄茍技壕義轄銜墑斕奶艫緋

本文編號(hào)：2766500