隨著各世界各國的工業(yè)化不斷完善,地球上的傳統(tǒng)化石能源被大量消耗,所以開發(fā)新型的可再生能源便成為了能源研究的焦點。太陽能電池將光能轉(zhuǎn)化成電能的方式具有能量轉(zhuǎn)換率高且易于儲存的優(yōu)點,被普遍認為是高效利用太陽能的最佳方式。其中鈣鈦礦太陽能電池因為其成本低廉、可柔性制備、轉(zhuǎn)化效率高等特點引起了研究者們的廣泛關(guān)注。盡管目前最高效的鈣鈦礦器件主要基于平面正式結(jié)構(gòu)和介孔正式結(jié)構(gòu),但是反式結(jié)構(gòu)具有制備工藝簡單和易與傳統(tǒng)太陽能電池結(jié)合制備疊層電池等優(yōu)勢,為今后的商業(yè)化生產(chǎn)開拓了廣闊的前景。因此,本論文將圍繞反式鈣鈦礦太陽能電池的器件優(yōu)化展開研究,并擴展到大面積器件的制備,主要工作如下:我們開發(fā)了新型的有機小分子空穴傳輸材料TMeOPSIDA和TMePSIDPA。相比于PEDOT:PSS,TMeOPSIDA和TMePSIDPA的HOMO能級與鈣鈦礦的價帶更為匹配,有利于界面間電荷的抽取并提高器件的開路電壓。其中,TMe PSIDPA比TMeOPSIDA的空穴遷移率更高,代表著具有更好的空穴傳輸能力。從掃描電子顯微鏡（SEM）表面圖像來看,相比于PEDOT:PSS,基于小分子材料的鈣鈦礦薄膜擁有更大的晶粒尺... 

【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)】：74 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

REN21發(fā)布的可再生能源使用每年的增長量統(tǒng)計[4]

可再生能源實驗室）最新發(fā)布了太陽能電池效率發(fā)展圖，截至2020年鈣鈦礦太陽能的最高認證效率已經(jīng)躍升至25.2%[4]，超過了傳統(tǒng)的薄膜太陽能電池，僅次于單晶硅太陽能電池，這預(yù)示著鈣鈦礦太陽能電池蘊藏著巨大的商業(yè)化潛力。盡管目前鈣鈦礦太陽能電池還存在器件壽命不長和材料含毒性（鉛元素）等問題，但是科學家們已經(jīng)開展專項研究并尋找解決方案，積極推進鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化進程。可以預(yù)見的是，在未來的幾年依舊是鈣鈦礦太陽能電池高速發(fā)展的時期，轉(zhuǎn)換效率也會節(jié)節(jié)攀升，最終接近甚至趕超晶體硅太陽能電池。圖1-2NREL2019年發(fā)布的太陽能電池最新認證效率圖[4]

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-3-1.2鈣鈦礦太陽能電池簡介1.2.1鈣鈦礦型吸光材料在鈣鈦礦太陽能電池中，吸光層材料是一種具有ABX3特殊晶體結(jié)構(gòu)的半導體材料，即鈣鈦礦型材料[14]。圖1-3展示的是鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)，其中A離子位于立方晶胞的中心位置，被12個X離子包圍成配位立方八面體；B離子位于立方晶胞的頂點位置，被6個X離子包圍成配位八面體。因此，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)比其他共棱、共面的結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。在鈣鈦礦太陽能電池中，A離子通常為有機陽離子，比如CH3NH3+（MA+）和HC（CH2）+（FA+）等；有時也可以是一些金屬陽離子，比如Cs+和Rb+等。B離子通常為二價金屬陽離子，包括Pb2+、Sn2+和Ge2+等。X離子通常為鹵族陰離子，包括Cl、Br和I陰離子等，不同鹵素離子的引入會對鈣鈦礦的載流子擴散長度、禁帶寬度和晶體穩(wěn)定性等造成顯著影響。通過A、B和X離子半徑的合理配比，能夠形成穩(wěn)定的立方體或八面體結(jié)構(gòu)，使得鈣鈦礦材料具有吸光系數(shù)高、帶隙可調(diào)、載流子遷移率高、載流子壽命長等優(yōu)點[15]。研究表明，當A離子半徑增大，點陣擴張，導致帶隙相應(yīng)變小，吸收邊發(fā)生紅移，從而獲得更大的短路電流；用Sn2+取代常用的Pb2+作為B離子，可以緩解有毒性的Pb2+帶來的安全問題。因此，探索穩(wěn)定、安全和高效的ABX3鈣鈦礦組分為吸光層，仍然是光伏領(lǐng)域的研究熱點之一。圖1-3鈣鈦礦型吸光材料的晶體結(jié)構(gòu)[16]1.2.2鈣鈦礦太陽能電池的工作原理傳統(tǒng)的鈣鈦礦太陽能電池主要由透明電極、電子傳輸層、鈣鈦礦層、空穴傳輸層和金屬電極構(gòu)成，為了簡化結(jié)構(gòu)有些器件甚至省去了空穴傳輸層和電子傳輸層。


本文編號：3262805