近年來以高效、低成本、易制備為特點(diǎn)的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn),由最初的3.8%迅速增長(zhǎng)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(yīng)用前景。以有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為吸光材料的PSCs,得到了廣泛研究,被認(rèn)為是最具備發(fā)展?jié)摿Φ囊活惞夥夹g(shù)。其中起到空穴傳輸作用的p型材料對(duì)器件的光伏性能和穩(wěn)定性有著重要的影響。通常空穴傳輸材料可以分為有機(jī)空穴傳輸材料和無機(jī)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(jī)空穴傳輸材料（如Spiro-OMe TAD、PTAA等）不僅成本高昂,而且有機(jī)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(jī)空穴傳輸材料具有價(jià)格低廉,空穴遷移率高,穩(wěn)定性好,帶隙寬等優(yōu)勢(shì),尤其銅基空穴傳輸材料除了兼具無機(jī)材料以上優(yōu)點(diǎn)以外,還具備種類多樣、能級(jí)易于調(diào)控、可低溫溶液加工等獨(dú)特優(yōu)勢(shì),是最具規(guī)�；�、柔性化應(yīng)用潛力的無機(jī)空穴傳輸材料,加強(qiáng)其作為空穴傳輸層應(yīng)用于PSCs的研究,對(duì)于實(shí)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(lǐng)域取得了較大的進(jìn)展,在本... 

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

【文章頁數(shù)】：79 頁

【學(xué)位級(jí)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(xué)理學(xué)碩士學(xué)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(shù)特別明顯的優(yōu)勢(shì)：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(jī)薄膜PVs），以及低溫溶液加工性和顏色可調(diào)節(jié)性（有機(jī)太陽能電池、染料敏化太陽能電池、量子點(diǎn)薄膜太陽能電池），引起了人們廣泛的關(guān)注[5]。近年來以高效、低成本、易制備為特點(diǎn)的鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）成為光伏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，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(zhǎng)到目前的25.2%[7]，發(fā)展速度遠(yuǎn)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(yīng)用前景。1839年，德國(guó)礦物學(xué)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(dǎo)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(yīng)用的鈣鈦礦通常是無機(jī)-有機(jī)混合型鈣鈦礦，具有直接帶隙、較強(qiáng)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(jié)構(gòu)。在太陽能電池中常用的有機(jī)鹵化鉛鈣鈦礦中，A是一價(jià)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(jié)構(gòu)[9]

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文3鈣鈦礦太陽能電池按照結(jié)構(gòu)劃分能夠分為兩大類：介孔型和平面異質(zhì)結(jié)型，鈣鈦礦太陽能電池一般由三層功能性薄膜堆疊在正負(fù)電極之間構(gòu)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(jié)構(gòu)和反向p-i-n型結(jié)構(gòu)。如圖1-3所示，這兩種結(jié)構(gòu)由五個(gè)部分組成：透明導(dǎo)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(jié)構(gòu)需要高溫(>450℃)燒結(jié)，制備工藝復(fù)雜，成本較高，并且存在J-V滯后等缺點(diǎn)[11]。平面異質(zhì)結(jié)型電池制備工藝簡(jiǎn)單，不需要高溫煅燒，幾乎沒有遲滯效應(yīng)。圖1-3常見鈣鈦礦太陽電池的原理圖：介孔(n-i-p)結(jié)構(gòu)、正置結(jié)構(gòu)(n-i-p)、倒置結(jié)構(gòu)(p-i-n)[10]PSCs其工作原理為在接受太陽光照射時(shí)，鈣鈦礦光吸收層首先吸收光子產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，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(kuò)散到達(dá)ETL/PAL/HTL界面處，由于界面處存在能級(jí)差，激子會(huì)分離為自由載流子。然后，所有未復(fù)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(dǎo)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(shí)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(dān)負(fù)著傳輸空穴，防止鈣鈦礦層和導(dǎo)電玻璃表面之間的直接接觸的作用，同時(shí)對(duì)鈣鈦礦層晶體的結(jié)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(jìn)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


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