鈣鈦礦太陽能電池作為目前比較常用的一種染料敏化太陽能電池,利用具有優(yōu)異光吸收能力的鈣鈦礦材料作為光吸收劑,與電子傳輸層和空穴傳輸層等材料共同完成光生伏特效應并產(chǎn)生電流。電子傳輸層和空穴傳輸層分別起到收集鈣鈦礦材料受光照熱激發(fā)所產(chǎn)生的電子和空穴的作用。目前比較常用的電子傳輸層材料為銳鈦型二氧化鈦TiO₂,但是TiO₂存在著許多問題,比如禁帶寬度大、可見光透射率低、電子遷移率低等,致使其在鈣鈦礦太陽能電池上的應用受到了很大的限制,所以許多學者開始用摻雜或者復合的方法來對TiO₂進行改性,從而獲得更好的光電性質(zhì),同時在能級層面上實現(xiàn)與其他材料的匹配優(yōu)化。本文通過使用第一性原理的密度泛函理論來研究本征TiO₂以及不同摻雜濃度的Nb和Ta單摻TiO₂的結(jié)合能、缺陷形成能、光電特性和差分電荷密度等性質(zhì)。首先計算分析了結(jié)合能和缺陷形成能,發(fā)現(xiàn)兩種摻雜類型均可穩(wěn)定存在,證實了研究的可行性,且Nb摻雜缺陷更容易形成。電子結(jié)構(gòu)分析表明不同濃度的Nb和Ta單摻TiO₂的禁帶寬度... 

【文章來源】：江蘇大學江蘇省

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖

形成電流[3]。研究人員借助紫外光電子能譜 UPS 和紫外可見光的禁帶寬度為 1.5 eV，當能量大于鈣鈦礦禁帶寬度的太陽光照由于熱激發(fā)效應會使得價帶（VB）上填充的電子獲得能量從而，并在價帶上留下同等數(shù)量的空穴，這樣一來電子和空穴會分，電子會進入電子傳輸層和導電玻璃，空穴會進入空穴傳輸層，電子和空穴在經(jīng)過各層時會遇到很多界面，比如電子會遇到面、電子傳輸層/負電極界面，而空穴會遇到鈣鈦礦層/空穴傳輸電極界面。電子和空穴能否在這些界面處順利通過，很大程度是否匹配。界面能級的匹配直接影響著載流子的采集效率，從電轉(zhuǎn)換效率。因此可以說界面處的能級匹配是器件除了材料本關(guān)鍵。一般來說，在太陽能電池器件中相接觸的材料能級差之間，這樣比較有利于電子和空穴的遷移和傳輸。

江蘇大學碩士學位論文示。Kojima 等人[4]在 2009 年發(fā)明了世界上第一塊介觀結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太圖 1.3a 所示，這種結(jié)構(gòu)是由介孔 TiO2電極材料、鈣鈦礦層、液態(tài)電解液成，雖然獲得了接近 3.8%的轉(zhuǎn)換效率，然而這種電池的穩(wěn)定性很不好。液的成分以及鈣鈦礦材料制備工藝的不斷改良，在 2011 年介孔結(jié)構(gòu)鈣鈦的效率達到了 6.5%，但是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性卻還是止步不前。剛開始研究者通iO2薄膜的厚度來調(diào)控介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池的效率，后來通過研以及載流子擴散長度，發(fā)現(xiàn)了 300 nm 左右的鈣鈦礦層就能夠吸收充足0 nm 厚度的 TiO2介孔層能夠消除太陽能電池裝置的 J-V 遲滯現(xiàn)象。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦太陽能電池近期進展[J]. 柴磊,鐘敏.  物理學報. 2016(23)
[2]鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)發(fā)展歷史與現(xiàn)狀[J]. 趙雨,李惠,關(guān)雷雷,吳嘉達,許寧.  材料導報. 2015(11)
[3]鈣鈦礦太陽能電池中電子傳輸材料的研究進展[J]. 丁雄傑,倪露,馬圣博,馬英壯,肖立新,陳志堅.  物理學報. 2015(03)
[4]Nb高摻雜量對銳鈦礦TiO2導電和光學性能影響[J]. 侯清玉,呂致遠,趙春旺.  物理學報. 2015(01)
[5](Nb,N)共摻雜銳鈦礦電子結(jié)構(gòu)和光學性質(zhì)的第一性原理研究[J]. 程亮,甘章華,劉威,趙興中.  物理學報. 2012(23)



本文編號：3454376