發(fā)布時(shí)間：2021-06-11 03:53

　　近年來(lái),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其高效率和低成本的優(yōu)勢(shì)取得了巨大的研究進(jìn)展,其能量轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8%提高到目前的25.2%。在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中,與鈣鈦礦層直接接觸的空穴傳輸材料可以從鈣鈦礦材料中提取空穴,然后將空穴傳輸?shù)綄?duì)電極,同時(shí)防止界面不必要的電荷復(fù)合。因此研究開(kāi)發(fā)合適的空穴傳輸材料有助于制備高性能的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。在設(shè)計(jì)合成空穴傳輸材料時(shí),核心單元的選擇至關(guān)重要。在已經(jīng)報(bào)道的空穴傳輸材料中,核心單元多為三苯胺,咔唑,聯(lián)苯等給電子基團(tuán),吸電子核心單元的研究并不多。吸電子基團(tuán)可以增加分子極性,增強(qiáng)分子間的相互作用。在設(shè)計(jì)空穴傳輸材料時(shí)可以利用吸電子核心單元打造具有扭曲構(gòu)型的“3D”分子,在增強(qiáng)分子間相互作用的同時(shí)保證分子具有合適的能級(jí)。因此,本論文引入了具有吸電子性能的二芳基酮作為核心單元來(lái)合成新的空穴傳輸材料,研究了吸電子核心單元對(duì)分子的光物理性能、電化學(xué)性能及熱穩(wěn)定性的影響,并將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中重點(diǎn)討論了分子結(jié)構(gòu)對(duì)器件性能的影響。本論文主要針對(duì)以下兩個(gè)方面進(jìn)行研究:1、設(shè)計(jì)合成了兩個(gè)基于二芳基酮核心的有機(jī)小分子空穴傳輸材料:BP-DC和PT-DC,兩個(gè)分子的核心單... 

【文章來(lái)源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

020年4月更新的由NREL認(rèn)證并發(fā)布太陽(yáng)能電池效率圖

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文2基)-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作為空穴傳輸材料，對(duì)應(yīng)的電池器件效率達(dá)到了9.1%[7]。隨后針對(duì)這類(lèi)太陽(yáng)能電池的研究越來(lái)越廣泛，其能量轉(zhuǎn)換效率在短時(shí)間內(nèi)得到快速增長(zhǎng)。1.2.1鈣鈦礦材料與器件結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的優(yōu)點(diǎn)很多，包括強(qiáng)吸收，高遷移率，長(zhǎng)載流子壽命，帶隙可調(diào)控，制備方式多樣等[8-10]。應(yīng)用到太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的鈣鈦礦材料通常是指有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦金屬鹵化物ABX3材料[11]，其立方晶體結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。其中A和B是陽(yáng)離子，X是陰離子。A通常是指小尺寸的有機(jī)陽(yáng)離子，例如甲基銨CH3NH3+(MA+)，甲脒CH2(NH2)2+(FA+)等；B通常是指過(guò)渡金屬二價(jià)離子，常見(jiàn)的有Pb2+，Sn2+等；X則是指鹵素離子，比如I-，Br-，Cl-等[12，13]。圖1.2鈣鈦礦材料ABX3的立方晶體結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)有介孔結(jié)構(gòu)[14，15]和平面結(jié)構(gòu)[16，17]兩種。這兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于介孔結(jié)構(gòu)中含有介孔骨架支撐層,鈣鈦礦可以滲透到骨架支撐層以幫助成膜或提取電荷[18，19]。介孔結(jié)構(gòu)器件的制備比平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原因在于介孔材料需要高溫?zé)Y(jié)。常規(guī)的平面結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電玻璃基板（FTO或ITO），電子傳輸層（ETL），鈣鈦礦層，空穴傳輸層（HTL）和金屬電極（Au或Ag）組成。鈣鈦礦層通常位于電子傳輸層和空穴傳輸層之間。平面構(gòu)型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以根據(jù)電子傳輸層或空穴傳輸層在電池器件中的不同位置分為正置型（n-i-p）[20，21]和倒置型（p-i-n）[22，23]。圖1.3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)：(a)介孔結(jié)構(gòu)；(b)正置平面結(jié)構(gòu)；(c)倒置平面結(jié)構(gòu)

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文2基)-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）作為空穴傳輸材料，對(duì)應(yīng)的電池器件效率達(dá)到了9.1%[7]。隨后針對(duì)這類(lèi)太陽(yáng)能電池的研究越來(lái)越廣泛，其能量轉(zhuǎn)換效率在短時(shí)間內(nèi)得到快速增長(zhǎng)。1.2.1鈣鈦礦材料與器件結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料的優(yōu)點(diǎn)很多，包括強(qiáng)吸收，高遷移率，長(zhǎng)載流子壽命，帶隙可調(diào)控，制備方式多樣等[8-10]。應(yīng)用到太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的鈣鈦礦材料通常是指有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦金屬鹵化物ABX3材料[11]，其立方晶體結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。其中A和B是陽(yáng)離子，X是陰離子。A通常是指小尺寸的有機(jī)陽(yáng)離子，例如甲基銨CH3NH3+(MA+)，甲脒CH2(NH2)2+(FA+)等；B通常是指過(guò)渡金屬二價(jià)離子，常見(jiàn)的有Pb2+，Sn2+等；X則是指鹵素離子，比如I-，Br-，Cl-等[12，13]。圖1.2鈣鈦礦材料ABX3的立方晶體結(jié)構(gòu)如圖1.3所示，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)有介孔結(jié)構(gòu)[14，15]和平面結(jié)構(gòu)[16，17]兩種。這兩種結(jié)構(gòu)的區(qū)別在于介孔結(jié)構(gòu)中含有介孔骨架支撐層,鈣鈦礦可以滲透到骨架支撐層以幫助成膜或提取電荷[18，19]。介孔結(jié)構(gòu)器件的制備比平面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原因在于介孔材料需要高溫?zé)Y(jié)。常規(guī)的平面結(jié)構(gòu)由導(dǎo)電玻璃基板（FTO或ITO），電子傳輸層（ETL），鈣鈦礦層，空穴傳輸層（HTL）和金屬電極（Au或Ag）組成。鈣鈦礦層通常位于電子傳輸層和空穴傳輸層之間。平面構(gòu)型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池可以根據(jù)電子傳輸層或空穴傳輸層在電池器件中的不同位置分為正置型（n-i-p）[20，21]和倒置型（p-i-n）[22，23]。圖1.3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)：(a)介孔結(jié)構(gòu)；(b)正置平面結(jié)構(gòu)；(c)倒置平面結(jié)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Benzothiadiazole-based hole transport materials for high-efficiency dopant-free perovskite solar cells: Molecular planarity effect[J]. Xiang Zhou,Fantai Kong,Yuan Sun,Yin Huang,Xianxi Zhang,Rahim Ghadari.  Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[2]膠體陳化時(shí)間對(duì)TiO2致密層及鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的影響探究（英文）[J]. 郭立雪,費(fèi)成斌,張榮,李波,沈婷,田建軍,曹?chē)?guó)忠.  Science China Materials. 2016(09)
[3]高效率鈣鈦礦太陽(yáng)電池的界面修飾及其研究進(jìn)展（英文）[J]. 牛廣達(dá),李聞?wù)?李江偉,王立鐸.  Science China Materials. 2016(09)



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