【摘要】：傳統(tǒng)的化石能源瀕臨耗盡,同時(shí)對環(huán)境造成了極大的污染。為了社會生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展,更為了保護(hù)地球的環(huán)境,人類迫切的需要使用清潔的新能源來取代傳統(tǒng)化石能源。太陽能是最常見的安全、環(huán)保、無污染的可再生能源。在眾多的可直接將太陽的光能轉(zhuǎn)換為電能的光伏技術(shù)中,基于鈣鈦礦吸光層的太陽能電池被認(rèn)為是最有應(yīng)用潛力的新一代光伏技術(shù)。p-i-n型鈣鈦礦太陽能電池制備工藝相較于n-i-p型更加簡單,且無遲滯效應(yīng)。但器件的能量轉(zhuǎn)換效率相對較低,尚有較大的提升空間。人們對此嘗試了多種方法來提高器件的性能,例如:優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、對各層進(jìn)行摻雜、調(diào)控溫度、調(diào)控鈣鈦礦薄膜表面形貌等。本論文主要通過工藝簡單但是切實(shí)可行的界面工程與工藝優(yōu)化等手段,來實(shí)現(xiàn)對器件性能的提高,主要內(nèi)容可分為以下幾個(gè)方面:(1)用纖維素修飾空穴傳輸層NiO_x的表面,對纖維素修飾前后器件的SEM、J-V特性曲線、IPCE、浸潤性、紫外吸收、熒光光譜、UPS等進(jìn)行表征,結(jié)果發(fā)現(xiàn):纖維素可以改善NiO_x層與鈣鈦礦層之間的接觸,改善鈣鈦礦薄膜的均勻性,提高器件的J_(SC)。經(jīng)過纖維素修飾后,NiO_x的功函數(shù)得到提高,空穴抽取能力變強(qiáng),器件的V_(OC)增大。另外通過對比發(fā)現(xiàn),以900 rpm,15 s;4000 rpm,25 s的兩步旋涂方式制備纖維素界面層時(shí),器件效率最高,最高效率超過14%。(2)使用PVA修飾NiO_x表面,運(yùn)用上一章中得到的結(jié)論,以900 rpm,15 s;4000 rpm,25 s的工藝旋涂PVA界面修飾層,通過對器件的J-V特性、IPCE、SEM、UPS、XPS、單空穴、PL、浸潤性等表征結(jié)果可知:PVA界面修飾后,鈣鈦礦前驅(qū)液在NiO_x表面的浸潤性變好,二者之間的界面接觸得到改善,鈣鈦礦薄膜表面晶粒變大且十分均勻,缺陷密度降低,空穴遷移率提高。PVA的最佳濃度為0.75 mg/mL,得到的器件效率相比于標(biāo)準(zhǔn)器件從12.66%提高到15.83%,提高了25.03%。(3)使用溶膠凝膠法制備NiO前驅(qū)液,對NiO薄膜的退火工藝進(jìn)行改進(jìn),降低退火溫度,并對NiO溶液濃度與旋涂轉(zhuǎn)速進(jìn)行優(yōu)化。通過對器件J-V、SEM等方式的表征發(fā)現(xiàn),當(dāng)NiO濃度為15 mg/mL,以4000 rpm,30 s的工藝進(jìn)行旋涂時(shí),器件效率最高,最高效率為14.08%。另外,通過乙醇胺界面修飾NiO后鈣鈦礦表面晶粒尺寸大幅度增加,但均勻性變差,J_(SC)小幅度提高。
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

圖 1.1 NREL 關(guān)于太陽能電池的研究進(jìn)展（2019）[5]新型太陽能電池[11]：新型太陽能電池一般為轉(zhuǎn)換效率較高的新概念電池，主要有：染料敏化太陽能電池（Dye Sensitized Solar Cell）[12]、有機(jī)太陽能電池（Organic Solar Cell）[13]、量子點(diǎn)太陽能電池（Quantum Dot Solar Cell）[14]、聚合物太陽能電池[15]、鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite Solar Cells）[16]等。新型太陽能電池因?yàn)榧骖櫢叩哪芰哭D(zhuǎn)換效率與低廉的制備成本而得到廣泛研究。PSCs 的出現(xiàn)源于 Miyasaka 等人將 CH3NH3PbI3和 CH3NH3PbBr3作為染料應(yīng)用于 DSSCs中，達(dá)到 3.8%的功率轉(zhuǎn)換效率[17]。但是由于使用了液體腐蝕性的電解質(zhì)，電池的穩(wěn)定性很差，壽命僅有幾分鐘。為了克服這一困難，研究人員相繼將固態(tài)電解質(zhì)[18]與 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-MeOTAD）[19]作為空穴傳輸材料（HTM）用于鈣鈦礦太陽能電池中。兩類新型 HTM 的使用，不僅使 PSCs 的效率明顯提升，器件穩(wěn)定性也得到了明顯的改善。2013 年鈣鈦礦太陽能電池被 Science 評為十大科學(xué)突破，指出了它的出現(xiàn)對光伏領(lǐng)域的

學(xué)專業(yè)學(xué)位碩士研究生學(xué)位論文 第 的結(jié)構(gòu)相似，是一種三明治型結(jié)構(gòu)，它還可分為 n-i-p 型（圖 1.3（a））b））。p-i-n 型還可稱為倒置結(jié)構(gòu)，功能層從下到上分別為：陰極/電子傳輸/HTL/陽極。n-i-p 型還可稱為正置結(jié)構(gòu)，功能層從下到上分別為：陽極/H極。這種平面異質(zhì)結(jié)型 PSCs 的器件結(jié)構(gòu)更為簡單，而且操作性靈活，V由于缺少多孔層，鈣鈦礦層的質(zhì)量難以得到保證，因此器件效率不穩(wěn)定。構(gòu)為基礎(chǔ)可以朝疊層器件的方向發(fā)展，因此 PH-PSC 成為當(dāng)下研究最火熱

.3 PH-PSCs 的兩種結(jié)構(gòu)：（a）n-i-p 型鈣鈦礦太陽能電池，（b）p-i-n 型鈣鈦礦太陽能Cs 常用材料的基本介紹節(jié)的介紹可知，平面異質(zhì)結(jié) PSCs 是由陰極、HTL 層、鈣鈦礦層、ETL 層，每一個(gè)組成部分都對整個(gè)電池的性能有很大的影響，因此本節(jié)將對每一行介紹。PSCs 的襯底：伏器件中常見的襯底有玻璃襯底以及柔性襯底，玻璃襯底通常耐高溫，適的光伏器件，目前廣泛使用于鈣鈦礦太陽能電池中。柔性襯底多為聚酯塑、PEN，這種柔性襯底具有柔韌性好、透光性好、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)，可用于電池電池的制備。但是這種柔性襯底通常不耐高溫，因此限制了它的使用PSCs 的陰極：s 中為了保證光吸收層對光的吸收，陰極材料選用透明導(dǎo)電材料。常用的陰

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本文編號：2797965