近幾年,有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池（Perovskite solar cells,PSCs）得到飛速的發(fā)展,主要得益于有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦材料優(yōu)異的光電性能。在短短的十幾年時間內(nèi),其光電轉(zhuǎn)換效率（Photoel ectri c conver si on efficiency,PCE）從2009年的3.8%,到現(xiàn)在達(dá)到了 25.2%。PSCs通常采用由FTO導(dǎo)電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層、金屬電極疊加一起形成層狀結(jié)構(gòu)。而電子傳輸層在其中起到非常重要的作用,主要用來傳輸電子,并防止電子與空穴發(fā)生復(fù)合造成電流損失。最開始是使用TiO2作為電子傳輸層,但是由于ZnO具有比TiO2高的電子遷移率和透光率,因而得到科學(xué)家的廣泛關(guān)注。本文主要研究了基于ZnO作為電子傳輸層的PSCs,并采用了 SEM、AFM、PL等手段對電池進(jìn)行了表征,測試了不同實驗條件下電池的光電性能。主要的實驗內(nèi)容和結(jié)果如下:（1）采用溶膠-凝膠法制備了 ZnO薄膜,并將其作為PSCs的電子傳輸層,研究了 ZnO薄膜的制備工藝以及鈣鈦礦層的退火溫度對PSCs性能的影響。首先,制備了不同濃度的ZnO前驅(qū)體溶液,探究不同... 

【文章來源】：景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)江西省

【文章頁數(shù)】：83 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)

景德鎮(zhèn)陶瓷大學(xué)碩士學(xué)位論文2文獻(xiàn)綜述42rrrrXXAB）（）（（2-2）或如公式（2-3）所示:trr2rrXXAB）（）（(2-3)其中，rA為A離子或離子基團(tuán)的離子半徑，rB為B離子的半徑，rX為陰離子的半徑。當(dāng)容忍因子的值在0.9-1的范圍內(nèi)，比較容易形成立方晶系的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)。然而，當(dāng)容忍因子大于1時，也就是相當(dāng)于，尺寸較大的A離子與尺寸較少的B離子相結(jié)合時，會優(yōu)先形成六方晶系的晶體結(jié)構(gòu)。當(dāng)容忍因子在0.71-0.9范圍內(nèi)時，鈣鈦礦中的八面體的結(jié)構(gòu)框架會發(fā)生扭曲形成了對稱性較差的類似八面體配位的多面體結(jié)構(gòu)。隨著容忍因子t的數(shù)值繼續(xù)減少，A離子與B離子的尺寸的差別會逐漸地變小，此時材料的結(jié)構(gòu)就會變成類似于FeTiO3、α-Mn2O3或者C型稀土化合物的結(jié)構(gòu)如：Ln2O3[29]。2.3鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)大致分為兩種結(jié)構(gòu)，一種是平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)，另一種是介觀結(jié)構(gòu)。通常，鈣鈦礦太陽能電池一般包括五個部分如圖2-2所示：導(dǎo)電玻璃（FTO、ITO）、電子傳輸層（ZnO、TiO2、SnO2）、鈣鈦礦層（MAPbI3）、空穴傳輸層（Spiro--OMeTAD）、金屬電極（Au、Ag）。圖2-2鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-2SchematicillustrationofthePSCs介孔結(jié)構(gòu)的器件相比于平面異質(zhì)結(jié)構(gòu)的器件就是在電子傳輸層與鈣鈦礦層之間多了一層介孔支架結(jié)構(gòu)，這種支架結(jié)構(gòu)使用的介孔顆粒膜材料，由于其位于電子傳輸層與鈣鈦礦層之間，一般選用TiO2和ZnO作為介孔層，因為其導(dǎo)帶底略低于鈣鈦礦層材料的導(dǎo)帶底，從而使鈣鈦礦導(dǎo)帶中的光生電子可以注入這些材

瓷大學(xué)碩士學(xué)位論文2文獻(xiàn)綜述770℃以上的溫度就會破壞其分子結(jié)構(gòu)，從而影響器件的熱穩(wěn)定性。而且，Spiro-OMeTAD本身的導(dǎo)電能力非常差，一般需要通過摻雜來提高其傳輸空穴的能力：一般選用Li-TFSI和TBP（4-tert-Butylpyridine）來進(jìn)行摻雜[58-59]。但是，Li鹽對水特別敏感，遇水非常容易潮解，Li鹽吸水后非常容易破壞鈣鈦礦層，使鈣鈦礦發(fā)生分解[60]。另外，由于TBP能溶解PbI2，也會導(dǎo)致鈣鈦礦層發(fā)生分解。同時，Spiro-OMeTAD合成工藝非常復(fù)雜，價格非常昂貴等缺點，所以需要尋找其它的空穴傳輸材料來替代Spiro-OMeTAD。圖2-3spiro-OMeTAD結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-3SchematicillustrationofSpiro-OMeTAD隨后，研究者提出了多種無機(jī)物作為空穴傳輸材料：NiOX、CuI、CuSCN等材料。NiOX是一種P型半導(dǎo)體材料，但是其導(dǎo)電性能比較差。Chen[61]課題組采用Mg-Li材料來摻雜NiOX，從而提高其導(dǎo)電性。以此來作為空穴傳輸層，并且制備出了反式結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池，器件的效率達(dá)到了16.5%。并且器件的穩(wěn)定性也得到提高，在7天后器件的效率仍然保持在90%以上。Zhao課題組[62]采用NiO來代替Spiro-OMeTAD，選用PCBM作為電子傳輸層，制備了反式結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池。結(jié)果表明，反式結(jié)構(gòu)的器件的熱穩(wěn)定性明顯得到提升，經(jīng)過80次的循環(huán)加熱后（每次：85℃加熱2h；冷卻2h），器件的效率仍能保持在初始效率的74%以上；而使用Spiro-OMeTAD的器件在經(jīng)過10次循環(huán)以后，器件的效率下降到5%以下。Christians[63]課題組采用CuI和CuSCN作為空穴傳輸層材料，其實驗結(jié)果表明CuI的導(dǎo)電性比Spiro-OMeTAD更優(yōu)越，可以更好地改善器件的填充因子,PCE為6%；而CuSCN材料的空穴傳輸速率為0.01-0.1cm2V/S，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于Spiro-OMeTAD的空穴傳輸速率，從而能大大的提高器件的短路電流，器件


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