鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)經(jīng)過十年的發(fā)展,基于二氧化鈦(TiO2)電子傳輸層的電池的能量轉(zhuǎn)換效率已攀升至24.2%。常規(guī)結構的PSCs通常需要電子傳輸層與空穴傳輸層,分別提取電子與空穴、且降低載流子的復合,載流子的提取效率與遷移率對電池的性能有決定性的作用。近年來,韓宏偉課題組開發(fā)了一種基于介孔TiO2、氧化鋯(ZrO2)以及多孔碳電極的三層介孔結構薄膜鈣鈦礦太陽能電池(TMPSCs),摒棄了昂貴的空穴傳輸層與金電極,但電子傳輸層仍是必不可少。在主流的PSCs結構中,TiO2是應用最廣泛的電子傳輸材料,但是TiO2的電子遷移率不高且具有紫外光催化活性,尤其是催化活性會導致鈣鈦礦的分解,嚴重影響了電池的穩(wěn)定性。寬禁帶半導體二氧化錫(SnO2)擁有比TiO2更快的電子遷移率,適合的能帶結構與非光催化活性,適合作為電子傳輸材料;三元金屬氧化物易通過改變組分或元素摻雜改變光學和電子特性,且錫酸鋅(Zn2SnO4)、錫酸鋇(BaSnO3)擁有與TiO2相似的能帶結構與較快的電子遷移率,也符合電子傳輸材料的要求。本論文在無空穴傳輸層TMPSCs的基礎上展開,致力于制備可代替TiO2的電子傳輸材料,在該結構中通過鈮(Nb)摻雜SnO2致密層提升電池的光伏性能,并且首次將Zn2SnO4與BaSnO3納米顆粒應用于該結構的介孔層中,主要研究工作如下:(1)制備了基于SnO2致密層和碳對電極的TMPSCs,電池由四層薄膜組裝而成,由下至上分別為:SnO2致密層、TiO2介孔層、ZrO2介孔層和碳對電極。SnO2通過旋涂法制備,TiO2、ZrO2介孔層和碳對電極通過絲網(wǎng)印刷法制備,碘鉛甲胺(MAPbI3)通過一步滴涂法填充在介孔層中。實驗中分別配制了不同濃度的SnO2致密層前驅(qū)液,并利用紫外可見分光光度計(UV-Vis)測試不同濃度下SnO2致密層薄膜的可見光透過率,利用X-射線衍射儀(XRD)探究SnO2的晶體類型,利用場發(fā)射掃描電鏡(SEM)對比不同濃度下SnO2致密層的形貌,將形貌最為均一的致密層薄膜制備成TMPSCs,獲得了 11%的光電轉(zhuǎn)換效率。(2)通過旋涂法制備鈮(Nb)摻雜的SnO2致密層,探究了Nb摻雜濃度對SnO2致密層TMPSCs性能的影響,并對不同條件下的薄膜進行了 SEM、XRD和可見光透過率的測試,利用原子力顯微鏡(AFM)測試了樣品表面的粗糙度及三維形貌,最后通過能量色散X射線譜(EDS)得到Sn、O、Nb的元素分布情況。實驗表明Nb最佳摻雜濃度為2%,此時電池的光電轉(zhuǎn)換效率為13.5%、開路電壓為0.92 V、短路電流為24.13 rrmA/cm2、填充因子為0.609,與未摻雜組對比,光電轉(zhuǎn)換效率提升了 15.4%。(3)通過水熱法和共沉淀法成功合成了Zn2SnO4和BaSnO3納米顆粒,同時探究了引起Zn2Sn04相分離的因素。將合適大小的納米顆粒采用球磨法制備成介孔漿料,利用絲網(wǎng)印刷法制備成介孔薄膜;最后將Zn2SnO4、BaSnO3介孔層應用于TMPSCs中。基于BaSnO3介孔層的電池取得了超過5%的能量轉(zhuǎn)換效率,開路電壓達到了 0.872 V;基于Zn2Sno4介孔層的電池最高效率為4.07%,開路電壓為0.84 V。兩種材料制備方法簡單、產(chǎn)量高,優(yōu)良的電子特性使其具有較大的應用前景。
【學位單位】：華中師范大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TB383.1;TM914.4
【部分圖文】：

第一章緒論逡逑１．１太陽能電池研究背景逡逑人類社會的發(fā)展往往伴隨著新型能源的發(fā)掘利用與舊型能源的淘汰，目前世界逡逑能源結構中，化石能源依舊占主導地位。根據(jù)英國石油公司（ＢＰ）最新發(fā)布的《ＢＰ逡逑世界能源統(tǒng)計年鑒》，２０１７年世界一次能源消費主要仍是化石能源，如石油、煤炭逡逑和天然氣，其中石油占比超過三分之一，煤炭降至２７．６％，天然氣占據(jù)２３．４％。［１】逡逑為了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，使能源結構向綠色、低碳轉(zhuǎn)變，發(fā)展可再生能源迫在眉睫，逡逑尤其是風能、生物質(zhì)能和太陽能�？稍偕茉串a(chǎn)業(yè)近幾年的發(fā)展迅速，非化石能源逡逑中，太陽能消費X棾ぷ羈歟浯問巧鎦誓芎頭縋堋９夷茉淳值氖菹允荊玻埃保稿義夏甑卓稍偕茉捶⒌繾盎锏劍罰玻敢誶擼既康緦ψ盎模常福常�，全国光伏发辶x系紜⒎緄紜⑸鎦誓芊⒌繾盎糠直鶩仍齔ぃ常村澹ァⅲ保玻村澹ズ停玻埃峰澹�。｀P玻常菰謚詼噱義系目稍偕茉粗�，太阳能储量丰富、受蒂戲因素限制介e�，并且哉娝能的放射袝炢辶x先灸芄喚餼鮒�，太阳纳愑H罹叻⒄骨熬暗目稍偕茉礎ｅ義嚇懼危掊義

本文編號：2819541