有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦吸光材料具有非常優(yōu)異的光學(xué)及電學(xué)性質(zhì),消光系數(shù)高、載流子壽命長(zhǎng)、激子分離能低。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因?yàn)槠滢D(zhuǎn)化效率高、制作成本低而受到極大關(guān)注與研究,溶液法制備的鈣鈦礦器件效率已經(jīng)超過(guò)23%。鈣鈦礦也可以通過(guò)不同的組分調(diào)控改變帶隙,可從1.17到2.3 eV范圍內(nèi)進(jìn)行變化。疊層鈣鈦礦電池技術(shù)可以將一個(gè)寬帶隙的頂電池和一個(gè)窄帶隙的底電池進(jìn)行結(jié)合,效率超過(guò)單結(jié)鈣鈦礦電池的Shockley-Queisser(SQ)理論效率。本論文系統(tǒng)研究了基于SnO2電子收集層的平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以及錫鉛混合窄帶隙反式平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池的性能提升,分別達(dá)到了超過(guò)21.01%和18.66%的轉(zhuǎn)化效率。我們進(jìn)一步采用四端疊層技術(shù),將半透明電池與窄帶隙電池結(jié)合制備了 23.66%效率的全鈣鈦礦疊層電池。首先,我們使用等離子體增強(qiáng)型原子層沉積技術(shù)制備了低于100℃的SnO2薄膜,其質(zhì)量非常好,均勻地沉積在導(dǎo)電襯底上。通過(guò)富勒烯自組裝層(C60-SAM)界面修飾,MAPbI3鈣鈦礦效率達(dá)到19.03%。但是,該電池存在較大的回滯,我們利用開(kāi)爾文探針力顯微鏡(KPFM)測(cè)試,得到回滯的產(chǎn)生是由于低溫制備SnO2的電子傳輸性不佳,對(duì)應(yīng)鈣鈦礦中電荷傳輸不平衡引起的。我們通過(guò)加熱后處理方式改善了電荷遷移率,減小了回滯,同時(shí)提升了電池效率。MA0.7FA0.3PbI3鈣鈦礦器件穩(wěn)態(tài)輸出效率達(dá)到20.3%。為了解決柔性電池的回滯問(wèn)題,我們通過(guò)水蒸氣加熱處理方式繼續(xù)改善SnO2的導(dǎo)電性,減弱柔性電池的回滯,最終實(shí)現(xiàn)了18.36%的柔性鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。接下來(lái),我們將FAPbI3與MAPbI3進(jìn)行不同比例的混合,得到MA0.7FA0.3PbI3鈣鈦礦器件性能最優(yōu),但是鈣鈦礦吸光層質(zhì)量不好,然后我們通過(guò)添加Pb(SCN)2增加鈣鈦礦晶粒,實(shí)現(xiàn)了 20%以上的效率。針對(duì)鈣鈦礦器件光照穩(wěn)定性問(wèn)題,我們進(jìn)一步引入CsPbI3無(wú)機(jī)鈣鈦礦,通過(guò)陽(yáng)離子摻雜,得到CsMAFA三元陽(yáng)離子鈣鈦礦吸光層,且效率得到提升,達(dá)到20.4%。同時(shí),鈣鈦礦器件的光照穩(wěn)定性顯著增加,經(jīng)過(guò)20000秒的太陽(yáng)光照射,器件仍然保持了 97%的初始效率。通過(guò)疏水性聚合物摻雜,配合優(yōu)化退火方式,我們得到了 21.01%的平面鈣鈦礦電池和18.71%的柔性電池。然后,我們采用錫鉛混合鈣鈦礦制備窄帶隙電池,經(jīng)過(guò)組分優(yōu)化,得到MA0.4FA0.6Pb0.4Sn0.6I3鈣鈦礦帶隙為1.25eV,效率超過(guò)17%。但是鈣鈦礦晶粒仍然比較小,我們優(yōu)化了退火過(guò)程,在一定的空間內(nèi)進(jìn)行退火,得到了大晶粒高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜,晶粒尺寸超過(guò)一微米,載流子壽命超過(guò)300納秒,電池效率超過(guò) 18.66%。最后,我們通過(guò)添加溴增加鈣鈦礦的帶隙,經(jīng)過(guò)薄膜質(zhì)量的優(yōu)化,寬帶隙電池的效率超過(guò)了 18.58%。我們通過(guò)制備新型透明電極,結(jié)合平面寬帶隙鈣鈦礦電池,得到了半透明電池效率為16.02%,且在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透射超過(guò)70%。我們將半透明電池與窄帶隙電池進(jìn)行疊加,最終得到了 23.66%的四端疊層全鈣鈦礦電池。
【學(xué)位單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

低溫、低成本、大面積制作等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了研宄者的廣泛關(guān)注，并取得了??飛躍式的進(jìn)展，在現(xiàn)在的能源領(lǐng)域成為了一種明星材料。??圖１．１．１．１〇？）是現(xiàn)在各種光伏器件的最高性能與其５１１０＃保跡蓿?ǎ蓿保蓿擔(dān)擔(dān)叮保保ǎ蓿ǎ玻├恚崳?論效率圖。１９我們看到達(dá)到ＳＱ效率７５％以上的電池分別為ＧａＡｓ、ｃ－Ｓｉ和鎵銦磷??（ＧａｌｎＰ）。現(xiàn)在鈣鈦礦電池已經(jīng)接近ＳＱ的７５％，但是仍然有很大的提升空間。??比如通過(guò)采用疊層技術(shù)，將不同帶隙的電池進(jìn)行疊加，拓寬疊層器件的總體吸光??范圍，從而可以突破單結(jié)器件的ＳＱ理論效率極限。??＊?７００，．，．．，．???．．．．．丨Ｂ?３５，?，?ｉ?，?

低溫、低成本、大面積制作等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)得到了研宄者的廣泛關(guān)注，并取得了??飛躍式的進(jìn)展，在現(xiàn)在的能源領(lǐng)域成為了一種明星材料。??圖１．１．１．１〇？）是現(xiàn)在各種光伏器件的最高性能與其５１１０＃保跡蓿?ǎ蓿保蓿擔(dān)擔(dān)叮保保ǎ蓿ǎ玻├恚崳?論效率圖。１９我們看到達(dá)到ＳＱ效率７５％以上的電池分別為ＧａＡｓ、ｃ－Ｓｉ和鎵銦磷??（ＧａｌｎＰ）�，F(xiàn)在鈣鈦礦電池已經(jīng)接近ＳＱ的７５％，但是仍然有很大的提升空間。??比如通過(guò)采用疊層技術(shù)，將不同帶隙的電池進(jìn)行疊加，拓寬疊層器件的總體吸光??范圍，從而可以突破單結(jié)器件的ＳＱ理論效率極限。??＊?７００，．，．．，．???．．．．．丨Ｂ?３５，?，?ｉ?，?

高效平面單結(jié)及疊層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能優(yōu)化題組進(jìn)一步將Ｓｎ－Ｐｂ混合鈣鈦礦電池效率突破１７％，并得到了認(rèn)證。１６Ｘ通過(guò)在表面引入一層有機(jī)半導(dǎo)體材料，有效減少了電荷復(fù)合，并得到效３％。１２２Ｙａｎ課題組又通過(guò)鹵素Ｃ１的摻雜，增加結(jié)晶性，減少缺陷態(tài)密度，??ｂ混合鈣鈦礦電池的效率推到１８．４％。圖１．２．６．１是Ｓｎ－Ｐｂ混合鈣鈦礦電與開(kāi)壓損失發(fā)展圖，其中紅色代表倒置結(jié)構(gòu)，藍(lán)色代表正置結(jié)構(gòu)。該圖ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ襯底的反式結(jié)構(gòu)窄帶隙電池性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正置結(jié)構(gòu)。開(kāi)壓著Ｓｎ－Ｐｂ混合鈣鈦礦帶隙不同而變化，現(xiàn)在最小的開(kāi)壓損失約為０．３７?ｅＶａ２〇，???

本文編號(hào)：2838904