近年來以高效、低成本、易制備為特點的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）成為光伏領域的研究熱點,由最初的3.8%迅速增長到目前的25.2%,性能已接近單晶硅太陽能電池的最高水平,具有廣泛的商業(yè)化應用前景。以有機金屬鹵化物半導體作為吸光材料的PSCs,得到了廣泛研究,被認為是最具備發(fā)展?jié)摿Φ囊活惞夥夹g。其中起到空穴傳輸作用的p型材料對器件的光伏性能和穩(wěn)定性有著重要的影響。通�？昭▊鬏敳牧峡梢苑譃橛袡C空穴傳輸材料和無機空穴傳輸材料兩大類。目前,高效鈣鈦礦電池廣泛采用的有機空穴傳輸材料（如Spiro-OMe TAD、PTAA等）不僅成本高昂,而且有機物摻雜是造成鈣鈦礦穩(wěn)定性低的重要因素。相比于前者,無機空穴傳輸材料具有價格低廉,空穴遷移率高,穩(wěn)定性好,帶隙寬等優(yōu)勢,尤其銅基空穴傳輸材料除了兼具無機材料以上優(yōu)點以外,還具備種類多樣、能級易于調(diào)控、可低溫溶液加工等獨特優(yōu)勢,是最具規(guī)�；�、柔性化應用潛力的無機空穴傳輸材料,加強其作為空穴傳輸層應用于PSCs的研究,對于實現(xiàn)低成本、大面積、可穿戴、高效率的PSCs具有重要意義。近年來,PSCs中銅基空穴傳輸材料在新型材料和制備方法領域取得了較大的進展,在本... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

太陽能電池研究成果現(xiàn)狀[7]

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文2在這幾代太陽能電池中，PSCs集合了前幾種太陽能電池技術特別明顯的優(yōu)勢：高光電轉(zhuǎn)換效率（晶體硅PV）、輕量化和柔韌性（GaAs、CdTe和CIGS無機薄膜PVs），以及低溫溶液加工性和顏色可調(diào)節(jié)性（有機太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點薄膜太陽能電池），引起了人們廣泛的關注[5]。近年來以高效、低成本、易制備為特點的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）成為光伏領域的研究熱點，其光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）在短短的十年內(nèi)，由最初的3.8%[6]迅速增長到目前的25.2%[7]，發(fā)展速度遠超其他光伏電池，性能已接近單晶硅太陽能電池的最高水平，具有廣泛的商業(yè)化應用前景。1839年，德國礦物學家格斯特拉夫·羅斯在烏拉爾山脈發(fā)現(xiàn)了第一顆天然鈣鈦礦，從導體到絕緣體，鈣鈦礦種類較多，但用于太陽能電池和其他光電應用的鈣鈦礦通常是無機-有機混合型鈣鈦礦，具有直接帶隙、較強的光吸收能力，載流子遷移率較高[8]。鈣鈦礦采用通式ABX3表示，如圖1-2所示，A和B是不同原子半徑的陽離子，X是陰離子，理想狀態(tài)下為立方晶體結構。在太陽能電池中常用的有機鹵化鉛鈣鈦礦中，A是一價陽離子（甲銨（CH3NH3+）、甲脒（NH2）2CH+）、Cs+或Rb+，B是來自IVA的金屬陽離子（Pb2+或Sn2+），X是鹵素離子（Cl-、Br-、I-）[9]。圖1-2鈣鈦礦晶體結構[9]

哈爾濱工業(yè)大學理學碩士學位論文3鈣鈦礦太陽能電池按照結構劃分能夠分為兩大類：介孔型和平面異質(zhì)結型，鈣鈦礦太陽能電池一般由三層功能性薄膜堆疊在正負電極之間構成，其中功能性薄膜包括電子傳輸層（ETL）、鈣鈦礦光吸收層（PAL）、空穴傳輸層（HTL），按照堆疊順序的不同，大體可以分為正向n-i-p型結構和反向p-i-n型結構。如圖1-3所示，這兩種結構由五個部分組成：透明導電玻璃基底、電子傳輸層(ETL)、鈣鈦礦層、空穴傳輸層(HTL)和接觸電極(如Au或Ag)[10]。其中介孔型電池中的TiO2介孔結構需要高溫(>450℃)燒結，制備工藝復雜，成本較高，并且存在J-V滯后等缺點[11]。平面異質(zhì)結型電池制備工藝簡單，不需要高溫煅燒，幾乎沒有遲滯效應。圖1-3常見鈣鈦礦太陽電池的原理圖：介孔(n-i-p)結構、正置結構(n-i-p)、倒置結構(p-i-n)[10]PSCs其工作原理為在接受太陽光照射時，鈣鈦礦光吸收層首先吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對，由于鈣鈦礦激子束縛能的差異，這些載流子或者成為自由載流子（電子和空穴），或者形成激子。自由載流子/激子通過擴散到達ETL/PAL/HTL界面處，由于界面處存在能級差，激子會分離為自由載流子。然后，所有未復合的電子和空穴分別被電子傳輸層和空穴傳輸層收集。最后，通過透明導電電極和金屬電極將收集到的自由載流子輸送給外電路做電功，實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換過程。從上述PSCs工作原理可看出，空穴傳輸層在光伏器件中是十分重要的，HTL不僅擔負著傳輸空穴，防止鈣鈦礦層和導電玻璃表面之間的直接接觸的作用，同時對鈣鈦礦層晶體的結晶取向、晶粒尺寸以及形貌缺陷有著重要的影響[9]。在這些過程中空穴傳輸層材料主要起到以下四方面的作用：（1）促進電子和空穴的分離；（2）與鈣鈦礦層形成歐姆接觸，有效地收集空穴；（3）有效地傳輸空穴


本文編號：3108972