有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料是本世紀(jì)初人類探尋到的第一種具有極高光吸收系數(shù),理想且可調(diào)的禁帶寬度,僅需要幾百納米即可將光照全部吸收的光電材料。同時(shí)由于其載流子遷移率高、擴(kuò)散長度長,雜質(zhì)容忍度遠(yuǎn)高于其他半導(dǎo)體材料等一系列優(yōu)異的半導(dǎo)體特性。以鈣鈦礦材料為吸收層的太陽能電池在十年左右的發(fā)展中,實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從3.8%躍變到25%以上。以三明治堆垛為基本結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池已成為本世紀(jì)受全世界關(guān)注的明星材料之一。目前,以金屬氧化物（TiO₂、SnO₂）電子傳輸層為基底的正置結(jié)構(gòu)由于制備工藝復(fù)雜,需要高溫退火,氧摻雜,不能用于柔性器件,且器件遲滯,紫外穩(wěn)定性均較差等因素影響,正置結(jié)構(gòu)產(chǎn)業(yè)化將面對(duì)巨大的挑戰(zhàn)。相較而言,以導(dǎo)電聚合物（PEDOT:PSS、PTAA）空穴傳輸層為基底的倒置結(jié)構(gòu)滿足制備簡單,不需摻雜,可用于柔性器件,無遲滯等固有優(yōu)勢,是產(chǎn)業(yè)化的理想結(jié)構(gòu)。然而,倒置器件的實(shí)驗(yàn)室光電轉(zhuǎn)換效率相對(duì)較低。據(jù)報(bào)道,同樣制備工藝獲取的鈣鈦礦吸收層,最終器件開路電壓和填充因子基本相同,短路電流相差較大。由鈣鈦礦太陽能電池器件工作基本原理,短路電流受光吸... 

【文章來源】：西南大學(xué)重慶市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

NERL太陽能電池認(rèn)證效率（2020年1月）[3]

第一章緒論3NERL各種太陽能電池認(rèn)證效率與認(rèn)證時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系圖。從2009年至今[5]，以有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池為代表的這類電池均受到廣泛關(guān)注。鈣鈦礦太陽能電池經(jīng)歷十年的發(fā)展，光電轉(zhuǎn)換效率增長最為明顯，現(xiàn)已超過25%。成為新型薄膜太陽能電池最具潛力的電池之一。1.2.2太陽能電池基本工作原理太陽能電池在太空以及地球上的應(yīng)用均非常廣泛，是由光能轉(zhuǎn)換為電能的主要裝置。能提供低成本而近乎永恒的動(dòng)力，且?guī)缀鯖]有污染。太陽能電池能量來源于太陽核聚變的電磁輻射，電磁波波長涵蓋了紫外光區(qū)至紅外光區(qū)（200~4000nm）。如圖1.2所示，人們將位于地球圍繞太陽軌道的平均距離處的太陽輻射的強(qiáng)度定義為太陽常數(shù)，約為1367W/m2。由于大氣的吸收和散射，太陽光到達(dá)地面被削弱的程度由穿過大氣的行程和空氣質(zhì)量相關(guān)，因此將“空氣質(zhì)量(airmass)”定義為1/cosφ，其中φ是球面法線與太陽方位的夾角。則AM0即是地球附近大氣外界太陽輻射，將AM1.5太陽位于48°夾角的太陽輻射認(rèn)定地球表面的標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射。在該條件下，入射光功率約為963W/m2。[4,6]圖1.2AM0與AM1.5波長與能量的譜圖Figure1.2WavelengthandenergyspectrumofAM0andAM1.5太陽能電池的基本工作原理可用典型的p-n結(jié)來描述[6-8]。圖1.3a所示，太陽

西南大學(xué)碩士學(xué)位論文4輻射下p-n結(jié)能帶示意圖[9]。當(dāng)電池暴露于太陽光譜時(shí)，能量小于禁帶寬度Eg的光子不能激發(fā)基態(tài)電子完成躍遷，相反，僅有能量大于Eg的光子能夠被電子吸收，多余的能量將會(huì)以聲子的形式消耗掉。被激發(fā)到導(dǎo)帶EC中的電子與在價(jià)帶EV中的空穴打破了熱平衡態(tài)下的p-n結(jié)，空間電荷區(qū)附近的電子和空穴對(duì)擴(kuò)散形成內(nèi)建電場，在該電場的作用下形成正負(fù)電荷的相向而行的定向移動(dòng)，最終產(chǎn)生一個(gè)與內(nèi)建電場相反的電場[6]。在外電路開路的情況下，漂移電流形成反向電場與內(nèi)建電場相等，即光生電流與結(jié)電流相抵消時(shí)，在p-n結(jié)兩端形成恒定電勢差-即電池的開路電壓，當(dāng)外電路短路時(shí)，即是短路電流。圖1.3(a)p-n結(jié)太陽能電池在光照下能帶示意圖，(b)太陽能電池的理想化等效電路圖Figure1.2(a)Theenergybanddiagramofsolarcellsfromtheoryofthep-njunctioninlightand(b)idealizedequivalentcircuitdiagramofsolarcell太陽能電池的理想化等效電路圖如圖1.3b所示，在正常工作狀態(tài)下，電池器件由恒定電流源與p-n結(jié)以及結(jié)電容C三個(gè)基本單元并聯(lián)后再與電池內(nèi)阻Rs串聯(lián)構(gòu)成。器件理想I-V特性滿足以下關(guān)系：=[exp()1]1.1式中，I是干路電流強(qiáng)度。IS為二極管反向飽和電流，IL是太陽輻在器件上產(chǎn)生的光生電流密度，q為電荷量，k為玻爾茲曼常數(shù)，T為開爾文溫度。當(dāng)干路電流I=0時(shí)，可以推出開路電壓VOC與短路電流密度IL和反向飽和電流IS三者之間的關(guān)系式，如下：

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Tailored PEDOT:PSS hole transport layer for higher performance in perovskite solar cells: Enhancement of electrical and optical properties with improved morphology[J]. Khan Mamun Reza,Ashim Gurung,Behzad Bahrami,Sally Mabrouk,Hytham Elbohy,Rajesh Pathak,Ke Chen,Ashraful Haider Chowdhury,Md Tawabur Rahman,Steven Letourneau,Hao-Cheng Yang,Gopalan Saianand,Jeffrey W.Elam,Seth B.Darling,Qiquan Qiao.  Journal of Energy Chemistry. 2020(05)
[2]Efficient and Air-Stable Planar Perovskite Solar Cells Formed on Graphene-Oxide-Modified PEDOT:PSS Hole Transport Layer[J]. Hui Luo,Xuanhuai Lin,Xian Hou,Likun Pan,Sumei Huang,Xiaohong Chen.  Nano-Micro Letters. 2017(04)



本文編號(hào)：3448192