一直以來(lái)能源危機(jī)是阻礙人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的根源性問(wèn)題,有效開(kāi)發(fā)諸如太陽(yáng)能電池這樣的新能源是目前解決能源危機(jī)的有效手段之一。近年來(lái),以甲基胺碘化鉛(MAPbI3)為代表的金屬鹵化物鈣鈦礦材料因具有生長(zhǎng)工藝簡(jiǎn)單、光譜吸收范圍寬和缺陷容忍度高等優(yōu)點(diǎn),成為一種理想的太陽(yáng)能電池材料。基于該類(lèi)材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(Perovskite solar cells,PSCs)具有很大的應(yīng)用前景。在短短的幾年內(nèi),PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%上升到23.0%以上,完全可以和目前廣泛使用的商業(yè)多晶硅太陽(yáng)能電池效率相媲美。但是,此類(lèi)電池在高溫高濕及紫外光環(huán)境下的低穩(wěn)定性問(wèn)題成為阻礙其推廣應(yīng)用的最大障礙。一些傳統(tǒng)的聚合物被用于電池界面修飾在一定程度上改善了PSCs穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率,但這些材料自身存在穩(wěn)定性差等問(wèn)題限制了其應(yīng)用前景。含氟聚合物具有疏水、疏油、高熱穩(wěn)定性和耐化學(xué)腐蝕等優(yōu)異特性,并且可以通過(guò)旋涂方法成膜,與常規(guī)PSCs工藝兼容。將含氟聚合物作為鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的界面修飾材料和有源層的保護(hù)層,有望顯著提高PSCs器件的光電轉(zhuǎn)換效率和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。本論文主要圍繞著新型含氟聚合物的合成以及此類(lèi)聚合物在PSCs器件中實(shí)際應(yīng)用展開(kāi)了一系列的研究工作。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下:(1)含氟聚合物具有優(yōu)異特性,特別適用于做PSCs的修飾材料,但少有報(bào)道。理論分析用于PSCs的含氟聚合物要求具有更高的疏水性和耐熱性。為此,本文采用三氟氯乙烯及含氟丙烯酸酯為主要含氟單體,通過(guò)種子乳液半連續(xù)滴加的乳液聚合方法制備出低氟含量、含季銨鹽和高含氟量三類(lèi)疏水型含氟聚合物(HOFP,Hydrophobic organic fluoropolymer)。系統(tǒng)研究了聚合物的組分、比例、結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)之間的關(guān)系。同時(shí)還對(duì)乳液聚合過(guò)程的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析和研究。為了探索更適合PSCs應(yīng)用的HOFP,重點(diǎn)研究了不同類(lèi)別含氟聚合物的疏水性和耐熱性。(2)利用兩步旋涂方法制備MAPbI3基PSCs,并引入含氟聚合物作為修飾層對(duì)PSCs的不同功能層的界面進(jìn)行修飾。通過(guò)系統(tǒng)研究HOFP修飾PSCs的不同界面層對(duì)綜合光伏特性的影響,獲得HOFP修飾后PSCs的優(yōu)化結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明,含氟聚合物修飾層插入活性層和空穴傳輸層(HTL)之間對(duì)電池效率有很大改善作用,同未修飾的電池比較,電池效率可提高10%以上,對(duì)電池的遲滯效應(yīng)亦有明顯的抑制作用。(3)在上述研究基礎(chǔ)上,利用反溶劑法生長(zhǎng)(FAMA)Pb(IBr)3基PSCs的混合鈣鈦礦薄膜,并通過(guò)在鈣鈦礦活性層和空穴傳輸層之間引入HOFP層獲得具有新結(jié)構(gòu)的PSCs器件。研究不同厚度HOFP層對(duì)PSCs綜合光伏特性和環(huán)境穩(wěn)定性的影響規(guī)律,獲得了最優(yōu)電池光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。結(jié)果表明,在原型器件沒(méi)有封裝情況下,優(yōu)化HOFP修飾工藝獲得的PSCs器件光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)16.9%,開(kāi)路電壓(Voc)1.14 V,短路電流(Jsc)22.47 mA cm-2,填充因子(FF)66%。更值得關(guān)注的是器件穩(wěn)定性得到了大幅提高,密閉存放100天后,光電轉(zhuǎn)換效率可維持最初效率的80%以上。綜上所述,本文主要對(duì)含氟聚合物制備方法、聚合動(dòng)力學(xué)以及含氟聚物應(yīng)用于PSCs功能層修飾進(jìn)行了系統(tǒng)研究,這為改善PSCs穩(wěn)定性提供了新的途徑和方法,同時(shí)為水性氟聚合物乳液的實(shí)際生產(chǎn)和應(yīng)用提供了試驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。但是目前PSCs工作穩(wěn)定性距離工業(yè)化應(yīng)用還相差甚遠(yuǎn),較低的穩(wěn)定性仍然是限制其進(jìn)一步發(fā)展的主要瓶頸之一,對(duì)于導(dǎo)致PSCs穩(wěn)定性問(wèn)題的深入物理機(jī)制和有效解決策略還有待深入研究。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TM914.4;O631
【部分圖文】：

資源短缺和開(kāi)發(fā)難度等限制，人類(lèi)－直在探索和追求新的能源利用方式。太陽(yáng)能儲(chǔ)量豐??富、用之不盡，無(wú)疑成為最重要以及最有希望的一種能源。目前其在能源比例中逐步提??升，見(jiàn)圖１．１［｜］。但是如何最大限度地利用太陽(yáng)能的研宄和探索仍在繼續(xù)，而光電轉(zhuǎn)化??是太陽(yáng)能利用的基本途徑。Ｈ前主要是通過(guò)對(duì)太陽(yáng)能裝置的不斷更新，繼硅基、薄膜、??染料敏化等太陽(yáng)能電池之后，基于鈣鈦礦基的器件最有可能成為最重要的太陽(yáng)能利用方??法。短短幾年，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（ＰＳＣｓ）的光電轉(zhuǎn)換效率不斷提高，目前達(dá)到了２３．３％［２］。??如能在穩(wěn)定性、環(huán)保型、重復(fù)可靠性、甚至在經(jīng)濟(jì)上逐步再實(shí)現(xiàn)突破，那么ＰＳＣｓ無(wú)疑是??值得重點(diǎn)關(guān)注的科研成就。??２．０００?｜?：?１＾７７?□?Ｓｏｌａｒ??１，６５２??１／５２１?Ｂ?Ｗｉｎｄ??１，５００??ｎＧ１＇＂２５８?—匿—Ｈｙｄｒｏ??１，０６３?１（１４７?＾?＾??８７４?９６６?ｒ—，?Ｒ?￣￣?＿?＝?＝?□?ｏｔｈｅｒ??１．０００?—?—?—■?—■—??門(mén)?—＝?ｆ—＂＂?明?Ｎｕｃｌｅａｒ??■?＿?｜??５００?■?—?■?—?■?—?■?—?■?■?—?■?—?■?—?Ｉ?－?－?□?Ｇａｓ??Ｉ?■?Ｃｏａｌ??２００９?２０１０?２０１１?２０１２?２０１３?２０１４?２０１５?２０１６?２０１７?■ｃ°ａｌａｎｄＧａｓ??圖１．１能源累計(jì)容量圖??Ｆｉｇ．?１．１?Ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ?ｃａｐａｃｉｔｙ?ｏｆ?ｅｎｅｒｇｙ?（ＧＷ）⑴??針對(duì)上述提到的ＰＳＣｓ存在的穩(wěn)定性等問(wèn)題

這是先期的鈣鈦礦概念；而現(xiàn)在所說(shuō)的鈣鈦礦則是指具有鈣鈦礦結(jié)構(gòu)類(lèi)型的ＡＢＸ３型化??合物。１９９４年，高西漢詳細(xì)介紹了理想鈣鈦礦結(jié)構(gòu)及各種變體［２１］。典型的鈣鈦礦材料??結(jié)構(gòu)模型如圖１．２所示，其中Ａ為有機(jī)陽(yáng)離子，如ＣＨ３ＮＨ３＋，ＮＨ＝ＣＨＮＨ３＋；?Ｂ為二價(jià)??金屬陽(yáng)離子，如Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋；?Ｘ為陰離子，一般是指鹵素離子，如廠、Ｂｒ—、Ｃ廠。六個(gè)??父＿將Ｂ＋包圍成八面體，Ａ＋則位于八個(gè)正八面體的中心以使電荷維持平衡。而在正方體??的構(gòu)型中，Ａ占據(jù)正方體的八個(gè)頂點(diǎn)，Ｂ位于正方體的體心，而Ｘ則占據(jù)六面體的面心。??這些離子的半徑要求滿足公式Ｒａ＋Ｒｂ＝力？（ＲＢ＋Ｒｘ）＿ｔ，其中ＲＡ、ＲＢ和以分別對(duì)應(yīng)Ａ、??－２－??

：一?＾?？財(cái)??圖１．２三維鈣鈦礦材料結(jié)構(gòu)模型??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??鈣鈦礦材料的光電特性研究始于在無(wú)機(jī)氧化物鈣鈦礦材料中發(fā)現(xiàn)了光電流或光伏??效應(yīng)［２２，２３］。Ｗｅｂｅｒ于１９７８年首次將中胺陽(yáng)離子引入晶體結(jié)構(gòu)中，形成具有三維結(jié)構(gòu)的釘??機(jī)－無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料［２４］。為了獲得合適的吸收帶隙，使鈣鈦礦材料能更好吸收??ｎｊ＇見(jiàn)光丨Ｘ：以及近紅外光Ｋ的光子能Ｒ，引入不同的金屬陽(yáng)離子以及鹵素陰離子，重新組??合鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)材料的理想光電特性。由此也使鈣鈦礦材料的研宂從傳統(tǒng)??意義上的氧化物類(lèi)沏轉(zhuǎn)變成更具有應(yīng)用價(jià)值的金屬鹵化物類(lèi)型，并賦予這種＃機(jī)無(wú)機(jī)雜??化材料更多的性能優(yōu)勢(shì)，如直接帶隙可調(diào)（１．丨７？２．３?ｅＶ，如閣１．３）【２５１、消光系數(shù)高（？??Ｕ＾ＭｄｃｍＪ、載流子遷移率高（２５ｃｎｉ２＿Ｗ）、缺陷態(tài)密度低、超長(zhǎng)載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度？??ｌｐｍ（單晶：１７５叩１）以及雙極傳輸特性等，并使其制備過(guò)程可以采用更為簡(jiǎn)便的溶液旋??涂法。??其中
【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 嚴(yán)淑芬;;光伏組件用的ECTFE薄膜樹(shù)脂[J];現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用;2014年05期

2 施錦輝;馬艷明;張爐青;徐安厚;張書(shū)香;;三氟氯乙烯-醋酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯含氟乳液的合成[J];中國(guó)粉體技術(shù);2012年02期

3 朱立寧;松永昌;孫家悅;;超耐候型含氟水性涂料乳液[J];涂料工業(yè);2008年05期

4 胡智華,錢(qián)宇,江燕斌;功能性單體制備丙烯酸酯乳液聚合穩(wěn)定性研究[J];涂料工業(yè);2003年06期

5 顧陳斌,王東軍,劉世雄,王歆秋,黃勇,甄珍,劉新厚;含氟高分子材料在塑料光纖中的應(yīng)用[J];化學(xué)進(jìn)展;2002年05期

6 盧迪斯,羅國(guó)欽,林既森;水性自分層PTFE耐高溫防粘涂料[J];精細(xì)與專(zhuān)用化學(xué)品;2000年18期

7 王永琦;含氟涂料的研制及其在防腐方面的應(yīng)用[J];涂料工業(yè);1999年12期

8 李同信;有機(jī)氟涂料特性的理論分析[J];全面腐蝕控制;1999年04期

9 韋昌佩;聚三氟氯乙烯樹(shù)脂[J];有機(jī)氟工業(yè);1998年03期

10 高西漢;鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[J];壓電與聲光;1994年04期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 王開(kāi);基于非晶態(tài)氧化鎢電子傳輸層的鈣鈦礦電池光電性能研究[D];大連理工大學(xué);2017年

2 崔學(xué)軍;高性能含氟乳液的合成及水性含氟涂料耐沾污性建模[D];吉林大學(xué);2008年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 付昱晨;多功能超疏水抗菌材料的制備及其表面性能的研究[D];浙江大學(xué);2017年

2 張爐青;新乳化體系下氟烯烴的乳液聚合[D];濟(jì)南大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2854307