【摘要】：鈣鈦礦材料作為制備光伏/光探測器件,因其具有激子結(jié)合能小,吸收系數(shù)高,載流子擴(kuò)散長度較長等特點(diǎn),近年來引起了學(xué)術(shù)界廣泛的關(guān)注。到目前為止,隨著材料的升級換代、制備方法和器件結(jié)構(gòu)的進(jìn)步,器件性能得到了迅速的發(fā)展并且其光伏器件的轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過了23%。該論文是基于通過使用鈣鈦礦材料作為活性層制備的體異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)的光電器件,并且通過器件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和薄膜離子調(diào)控兩方面研究其對器件光電性能的影響,具體內(nèi)容分為以下兩個(gè)部分:首先制備了一種具有能帶梯度的鈣鈦礦太陽能電池,器件結(jié)構(gòu)為ITO/NiO/MAPbI_(3-x)Br_x(x=0,1,2或3)/ETL(ICBA,PCBM或ICBA:PCBM)/Al。其特征在于由不同帶隙寬度的子電池單元水平串聯(lián)排列而成,其中攜帶不同能量的入射光子依次被四個(gè)不同的子電池單元MAPbI_xBr_(3-x)俘獲,這種器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于盡可能地減少熱力學(xué)損失和改善鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓�；谶@種光吸收結(jié)構(gòu),通過調(diào)整入射光的光路途徑,由高到低能量的光子被不同帶隙的子電池單元分別捕獲,其中子電池單元即MAPbI_(3-x)Br_x(x=0,1,2或3)。四個(gè)子電池單元分別產(chǎn)生的開路電壓值范圍是1.15 V到1.54 V,四節(jié)串聯(lián)的子電池得到的總開路電壓為5.3 V。這一新型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池極大地促進(jìn)了能量轉(zhuǎn)換效率的提高,其效率從純MAPbI_3電池器件的18%提高到21.3%。接著提出了一種簡單的一步刷涂法制備鈣鈦礦(CH_3NH_3PbI_(2.61)Br_(0.39))可見光探測器,該方法可以在改變鈣鈦礦薄膜中離子的組成的同時(shí),優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的形貌,并且具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):刷涂所用的刷毛材料對溶液中的離子具有選擇吸附性,可用于鈣鈦礦薄膜的離子調(diào)節(jié);由于刷涂工藝的使用,鈣鈦礦薄膜中過量的PbI_2可以鈍化晶體邊界中的缺陷,從而抑制暗電流;根據(jù)刷涂過程中離子的富余量,有利于在原溶液中確定各組分的合適比例,從而提前優(yōu)化過量離子的含量;制備的鈣鈦礦薄膜具有較高的質(zhì)量和較少的晶界,使得鈣鈦礦材料更不易降解。結(jié)果表明,相較于常規(guī)旋涂工藝制備的鈣鈦礦光探測器來說,基于刷涂工藝制備的光電探測器其暗電流為1.51×10~(-12)A,探測率為7.69×10~(12)Jones。綜上所述,研究所制備的鈣鈦礦光伏/光探測器件性能相比于傳統(tǒng)的器件來說都得到了提升,這為鈣鈦礦光伏/光探測器件的商業(yè)化提供了一種新的可能。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

2.1 有機(jī)無機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料有機(jī)無機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)為 ABX3結(jié)構(gòu)，如圖 2-1 所示[24]，其中 A 一般代表有機(jī)陽離子（如 CH3NH3+，HC(NH2)2+），A 位于鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中立方體的 8 個(gè)頂點(diǎn)處，這種結(jié)構(gòu)主要是為了保持晶格中電荷量的平衡，另外，鈣鈦礦材料的能隙大小受到 A 有機(jī)陽離子半徑的影響。其中 B 一般代表鈣鈦礦材料晶體結(jié)構(gòu)中的陽離子（如 Pb2+，Sn2+），B 位于鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中立方體的正中心，對于常見的兩種 B 陽離子來說，Pb2+陽離子常常被人們所使用，但由于其毒性很大，因此對環(huán)境污染極為嚴(yán)重，所以科研人員們也常常會使用無毒的 Sn2+陽離子來進(jìn)行代替。研究結(jié)果表明，使用兩種元素混合制備的鈣鈦礦半導(dǎo)體材料的帶隙可以在 1.17 eV 至 1.55 eV 之間變化；在鈣鈦礦材料晶體的結(jié)構(gòu)中，X 通常代表位于鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)中立方體面心上的鹵素陰離子，通常為 I-，Br-，C1-等。與此同時(shí)，通過替換不同種類的鹵素陰離子或者混合多種鹵素陰離子的方法，也可以達(dá)到調(diào)節(jié)鈣鈦礦材料帶隙的作用，并且隨著大半徑離子的加入，其帶隙的紅移也愈加明顯[25-27]。

能電池極為類似。在介孔結(jié)構(gòu)中，鈣鈦，這樣的結(jié)構(gòu)使鈣鈦礦材料的沉積變得多制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜技術(shù)的出現(xiàn)之的鈣鈦礦太陽能電池，然而，常規(guī)的介孔構(gòu)中可以充分吸收光，可能會引起較低的鈣鈦礦太陽能電池中電子的擴(kuò)散長度時(shí)，通常會表現(xiàn)出較低的電荷收集效率，的鈣鈦礦太陽能電池來說，其主要缺點(diǎn)m 波長范圍內(nèi)光吸收較弱。此外，介孔層規(guī)模生產(chǎn)中所使用的襯底材料特性不兼，純粹的介孔器件結(jié)構(gòu)逐漸變得越來越構(gòu)或平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，以其更高的器件介孔結(jié)構(gòu)的太陽能電池的優(yōu)點(diǎn)是具備可結(jié)構(gòu)器件中表現(xiàn)出來，將在下文進(jìn)行詳

第二章 鈣鈦礦太陽能電池的概述鈦礦太陽能電池出現(xiàn)后不久，雙層結(jié)構(gòu)之應(yīng)運(yùn)而生[44]。如圖 2-4 所示，在雙層結(jié)一層鈣鈦礦覆蓋層，雙層結(jié)構(gòu)制備的鈣效率并且具備良好的遲滯特性。在這種度通常比普通的介孔鈣鈦礦層要更薄一器件的關(guān)鍵。平衡介孔層和覆蓋層的厚陽能電池來說十分重要，介孔層和覆蓋小的遲滯，但是這也使鈣鈦礦薄膜的沉

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本文編號：2768016