發(fā)布時(shí)間：2020-10-14 15:36

　　 鈣鈦礦材料優(yōu)異的光電性質(zhì)吸引了大批科研人員的關(guān)注。在十年左右的時(shí)間內(nèi),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率效率從最初的3.8%提升到23%以上。富勒烯(C_(60))是反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池常用的電子傳輸材料,它價(jià)格較低,且適合真空蒸發(fā)鍍膜,對(duì)于大面積器件制造的均勻性和一致性具有重要作用,十分有利于工業(yè)化生產(chǎn)。然而,C_(60)與鈣鈦礦的能級(jí)匹配存在一定的損失,這導(dǎo)致了在同等工作條件下,以C_(60)作為電子傳輸層的鈣鈦礦光伏電池器件的開(kāi)路電壓比參比材料PCBM的要低一些,光電轉(zhuǎn)換效率就受到影響。因此,需要開(kāi)發(fā)一種可大面積均勻制備的鈣鈦礦表面修飾與界面能級(jí)調(diào)控方法,以提高鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開(kāi)路電壓。此外,鈣鈦礦層極易被空氣中水蒸氣催化水解,導(dǎo)致相應(yīng)的電池器件在環(huán)境中的穩(wěn)定性很差,因此,有必要通過(guò)鈣鈦礦層的體相修飾提升其穩(wěn)定性。針對(duì)以上兩個(gè)問(wèn)題,本文主要開(kāi)展了以下研究工作:(1)將氟化鋰和氟化鈉通過(guò)真空蒸發(fā)鍍膜法沉積在鈣鈦礦薄膜上,制備出結(jié)構(gòu)為Glass/FTO/NiMgLiO/MAPbI_3/XF/C_(60)/BCP/Ag的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。通過(guò)調(diào)整沉積厚度,可看出當(dāng)氟化鈉修飾層厚度為0.5nm時(shí),電荷傳輸最優(yōu),且鈍化了表面缺陷,使得電池器件的開(kāi)路電壓從1.03V提高到1.09V,獲得了18.03%的光電轉(zhuǎn)換效率,優(yōu)于PCBM基的參比器件。(2)將一定摩爾比例的聚乙烯亞胺(PEI)摻入鈣鈦礦溶液中制成相應(yīng)的前驅(qū)體溶液,并采用一步溶液旋涂法制備鈣鈦礦光吸收層,得到相應(yīng)薄膜和結(jié)構(gòu)為Glass/FTO/NiMgLiO/MAPbI_3(PEI)/NaF/C_(60)/BCP/Ag的反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。通過(guò)一系列XRD,SEM,PL,透過(guò),J-V曲線等表征分析發(fā)現(xiàn),摻雜0.5%摩爾比的PEI足以有效鈍化MAPbI_3鈣鈦礦膜的體相缺陷,且使薄膜表面更加平整,針孔得到控制,而相應(yīng)的電池器件也獲得了18.41%的電池光電轉(zhuǎn)換效率;并且PEI聚合物的疏水性使器件具有更優(yōu)異的環(huán)境穩(wěn)定性,在空氣中放置200小時(shí)效率保持初始值的99%。
【學(xué)位單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

源是社會(huì)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。據(jù)權(quán)威預(yù)測(cè)，未來(lái)數(shù)十年內(nèi)，全世界尤源的需求仍將有較大幅度的上漲。然而，由于資源地理分布的原因，國(guó)其他化石能源儲(chǔ)量相對(duì)短缺，其中，石油目前的進(jìn)口依存度已超過(guò)石油很大一部分要經(jīng)過(guò)海上運(yùn)輸，但當(dāng)下國(guó)際的安全形勢(shì)多變，能源分緊張。同時(shí)，我國(guó)在 2013 年的能源消費(fèi)總量就已位列世界第一位，噸標(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。在這當(dāng)中，又以煤炭消費(fèi)占比達(dá)到 66%。而燃煤過(guò)程氮氧化物、硫氧化物也已高居世界首位[1]。大氣污染、酸雨等危害日華北地區(qū)的沙塵暴到近年愈加嚴(yán)重的霧霾污染以及全國(guó) PM2.5 等嚴(yán)重題充分表明，我國(guó)環(huán)境的承載和自愈能力早已飽和，改變現(xiàn)有的能源持續(xù)清潔能源迫在眉睫。如圖 1-1 所示，截止 2016 年，清潔可再生能能源消費(fèi)中的占比依然很低。

圖 1-2 各類太陽(yáng)能電池的發(fā)展歷程及其認(rèn)證的光電轉(zhuǎn)換效率[19]1.2.3 太陽(yáng)能電池的主要性能參數(shù)通過(guò)在標(biāo)準(zhǔn)光照條件下測(cè)得光伏電池器件的伏安特性曲線（電流密度-電壓曲線J-V 曲線），我們可以得到用來(lái)評(píng)價(jià)太陽(yáng)能電池性的最重要的四個(gè)參數(shù)[20]，即能量轉(zhuǎn)換效率（PCE）、開(kāi)路電壓（Voc）、短路電流密度（Jsc）和填充因子（FF）四個(gè)指標(biāo)，如圖 1-3 所示就是伏安特性曲線。短路電流密度（short-circuit current density，Jsc）是指當(dāng)電池整個(gè)回路處于短路狀態(tài)（電池外加偏壓為零）下單位面積產(chǎn)生的光生電流。從 J-V 曲線與縱軸的截距就可直觀看出短路電流密度。一般情況下，短路電流密度會(huì)隨著光生電子空穴對(duì)的分離和遷移來(lái)提高。開(kāi)路電壓（open-circuit voltage，Voc）是指電池在開(kāi)路狀態(tài)（電池電流密度為零）下產(chǎn)生的光生電壓。從伏安特性曲線中我們可以看出曲線與橫軸的截距就是開(kāi)路電

圖 1-3 太陽(yáng)能電池的伏安與功率-電壓特性曲線填充因子（fill factor，F(xiàn)F）指的是太陽(yáng)能電池的最大功率（Pm）與電流密度（J開(kāi)路電壓（Voc）的乘積之比，其計(jì)算公式如公式 1-1：FF = sc = （1其中，Pm為太陽(yáng)能電池的最大功率，Jm，Vm分別為太陽(yáng)能電池在最大功率點(diǎn)應(yīng)的電流密度和電壓。能量轉(zhuǎn)換效率（power conversion efficiency，PCE）是衡量光伏器件性能最直參數(shù)，代表光伏電池將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能的能力，其計(jì)算方式如公式 1-2，即光池能達(dá)到的最大功率（Pm）與太陽(yáng)照射到電池表面的功率（Pin）的比值。 = in× 100% = × 100% （1.3 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展史
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