芴類衍生物材料在反式鈣鈦礦太陽能電池中的應用研究
發(fā)布時間：2022-01-14 20:37
鈣鈦礦太陽能電池因其制備工藝簡單、光電轉化效率高、易于實現柔性化等優(yōu)勢,成為目前的研究熱點。但是想要實現鈣鈦礦太陽能電池的商業(yè)化應用,電池的效率和穩(wěn)定性還需要進一步提高,空穴傳輸材料作為電池的一部分,在其中起著重要作用。為了提高電池的性能,為今后的商業(yè)化應用打下基礎,本論文圍繞新型芴類衍生物空穴傳輸材料在反式鈣鈦礦太陽能電池中的應用與器件優(yōu)化展開研究,主要工作如下:我們引入了兩種新型芴類衍生物HDM1和HDM2作為空穴傳輸材料,應用到反式平面結構鈣鈦礦太陽能電池中。通過原子力顯微鏡等表征測試方法,研究新型空穴傳輸材料的性質,發(fā)現材料HDM1和HDM2在成膜質量、能級的匹配程度、空穴遷移率以及空穴的提取和傳輸能力等方面表現出良好的性質,有利于提高器件的效率和穩(wěn)定性;實驗得到材料的HDM1和HDM2的最優(yōu)制備工藝為:溶液濃度2 mg/m L,旋涂轉速3000 r/min,應用材料HDM1和HDM2作為空穴傳輸層的電池器件取得了17.96%和18.59%的效率;使用（FAPb I3）1-x（MAPb Br3）x混合陽離子體系鈣鈦礦作為吸光層,使用兩步法制備鈣鈦礦層,對鈣鈦礦薄膜進行優(yōu)化,優(yōu)化...
【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】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
各種類型的太陽能電池效率[13]
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-4-理想立方鈣鈦礦時，其t值預計為0.813<t<1.107[17]，將B設為鉛離子，根據有效離子半徑計算APbX3（X=Cl，Br，I）鈣鈦礦中的rA，取邊界條件t=0.8和t=1，得出rA半徑介于1.6～2.5之間的陽離子可以形成鈣鈦礦結構，由于甲基胺陽離子（CH3NH3+）的離子半徑為1.8，因此在成型性上非常適合形成鹵化鉛鈣鈦礦。圖1-3鈣鈦礦結構示意圖有機鹵化鉛鈣鈦礦材料是一種直接帶隙的半導體材料，和其他半導體吸光材料相比，具有以下幾個優(yōu)勢：（1）高消光系數高且?guī)逗线m，例如CH3NH3PbI3在550nm處的消光系數為1.5×105（mol/L）-1cm-1，是染料敏化太陽能電池中有機染料的2~3倍[18]，這一優(yōu)勢可以使用更薄的吸收層來有效地收集太陽輻射，僅500-600nm厚度的鈣鈦礦材料即可吸收全部可見光，而通常的染料敏化太陽能電池需要約2μm，CH3NH3PbI3的帶隙為1.55eV，接近光伏性能的最佳值（1.4eV），并且材料的帶隙可以通過調節(jié)不同鹵素的比例進行調節(jié)；（2）雙極性載流子傳輸特性，鈣鈦礦材料既能高效傳輸電子也能高效傳輸空穴,例如CH3NH3PbI3的電子遷移率約為5~10cm2V-1s-1，空穴遷移率為1~5cm2V-1s-1，載流子的擴散長度在100nm左右，CH3NH3PbI3-xClx的載流子遷移率可高達33cm2V-1s-1，其載流子的擴散長度可超過1μm，載流子壽命長于其它太陽能電池[19,20]；（3）其制備工藝簡單、高效、成本低，可以通過旋涂鈣鈦礦溶液進行制備，也可以通過真空蒸鍍的方法進行制備，此外，還可以利用刮涂[21]、狹縫印刷[22]、卷對卷[23]的方法進行大面積柔性器件制備，利于商業(yè)化應用。
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-5-1.2.2鈣鈦礦電池器件結構和工作原理鈣鈦礦太陽能電池器件的工作原理如下：（1）光生載流子的產生，太陽光透過空穴傳輸層或者是電子傳輸層被鈣鈦礦層吸收，鈣鈦礦層產生自由的光生載流子（電子-空穴對）；（2）電荷的傳輸，在電荷傳輸層/鈣鈦礦層的界面處，電子和空穴分別被電子傳輸層和空穴傳輸層提取并傳輸至對應電極，其中，鈣鈦礦導帶底與電子傳輸層的最低未占分子軌道（LUMO，LowestUnoccupiedMolecularOrbital）能級間的能級差驅動電子傳輸到電子傳輸層，鈣鈦礦價帶頂與空穴傳輸層最高占據分子軌道（HOMO，HighestOccupiedMolecularOrbital）能級間的能級差驅動空穴傳輸到空穴傳輸層；（3）電子和空穴分別被正極和負極收集，連通外電路，形成電流，鈣鈦礦太陽能電池工作原理示意圖見圖1-4。圖1-4鈣鈦礦太陽能電池工作原理示意圖鈣鈦礦太陽能電池由透明導電層、電子傳輸層（ETL，Electrontransportinglayer）、鈣鈦礦層、空穴傳輸層（HTL，Holetransportinglayer）、電極組成，鈣鈦礦層夾在電子傳輸層和空穴傳輸層之間。根據電荷傳輸層位置的不同，可以分為正型結構和反型結構，如果光通過電子傳輸層被鈣鈦礦層吸收，則稱為n-i-p結構，也稱為正型結構，見圖1-5a）；與之相反，如果光通過空穴傳輸層被鈣鈦礦層吸收，則稱為p-i-n結構，也稱為反型結構，見圖1-5b）。根據器件里是否有介孔支架層，可以分為介孔結構和平面結構兩個基本結構。典型的介孔結構電池器件如圖1-5c）所示，以染料敏化電池的結構為基礎[24]，在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間，加入一層介孔層作為支架，TiO2是一種被經
【參考文獻】：
碩士論文
[1]聯噻吩材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應用[D]. 趙寧.華中科技大學 2016
本文編號：3589172
【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】：74 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
各種類型的太陽能電池效率[13]
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-4-理想立方鈣鈦礦時，其t值預計為0.813<t<1.107[17]，將B設為鉛離子，根據有效離子半徑計算APbX3（X=Cl，Br，I）鈣鈦礦中的rA，取邊界條件t=0.8和t=1，得出rA半徑介于1.6～2.5之間的陽離子可以形成鈣鈦礦結構，由于甲基胺陽離子（CH3NH3+）的離子半徑為1.8，因此在成型性上非常適合形成鹵化鉛鈣鈦礦。圖1-3鈣鈦礦結構示意圖有機鹵化鉛鈣鈦礦材料是一種直接帶隙的半導體材料，和其他半導體吸光材料相比，具有以下幾個優(yōu)勢：（1）高消光系數高且?guī)逗线m，例如CH3NH3PbI3在550nm處的消光系數為1.5×105（mol/L）-1cm-1，是染料敏化太陽能電池中有機染料的2~3倍[18]，這一優(yōu)勢可以使用更薄的吸收層來有效地收集太陽輻射，僅500-600nm厚度的鈣鈦礦材料即可吸收全部可見光，而通常的染料敏化太陽能電池需要約2μm，CH3NH3PbI3的帶隙為1.55eV，接近光伏性能的最佳值（1.4eV），并且材料的帶隙可以通過調節(jié)不同鹵素的比例進行調節(jié)；（2）雙極性載流子傳輸特性，鈣鈦礦材料既能高效傳輸電子也能高效傳輸空穴,例如CH3NH3PbI3的電子遷移率約為5~10cm2V-1s-1，空穴遷移率為1~5cm2V-1s-1，載流子的擴散長度在100nm左右，CH3NH3PbI3-xClx的載流子遷移率可高達33cm2V-1s-1，其載流子的擴散長度可超過1μm，載流子壽命長于其它太陽能電池[19,20]；（3）其制備工藝簡單、高效、成本低，可以通過旋涂鈣鈦礦溶液進行制備，也可以通過真空蒸鍍的方法進行制備，此外，還可以利用刮涂[21]、狹縫印刷[22]、卷對卷[23]的方法進行大面積柔性器件制備，利于商業(yè)化應用。
哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文-5-1.2.2鈣鈦礦電池器件結構和工作原理鈣鈦礦太陽能電池器件的工作原理如下：（1）光生載流子的產生，太陽光透過空穴傳輸層或者是電子傳輸層被鈣鈦礦層吸收，鈣鈦礦層產生自由的光生載流子（電子-空穴對）；（2）電荷的傳輸，在電荷傳輸層/鈣鈦礦層的界面處，電子和空穴分別被電子傳輸層和空穴傳輸層提取并傳輸至對應電極，其中，鈣鈦礦導帶底與電子傳輸層的最低未占分子軌道（LUMO，LowestUnoccupiedMolecularOrbital）能級間的能級差驅動電子傳輸到電子傳輸層，鈣鈦礦價帶頂與空穴傳輸層最高占據分子軌道（HOMO，HighestOccupiedMolecularOrbital）能級間的能級差驅動空穴傳輸到空穴傳輸層；（3）電子和空穴分別被正極和負極收集，連通外電路，形成電流，鈣鈦礦太陽能電池工作原理示意圖見圖1-4。圖1-4鈣鈦礦太陽能電池工作原理示意圖鈣鈦礦太陽能電池由透明導電層、電子傳輸層（ETL，Electrontransportinglayer）、鈣鈦礦層、空穴傳輸層（HTL，Holetransportinglayer）、電極組成，鈣鈦礦層夾在電子傳輸層和空穴傳輸層之間。根據電荷傳輸層位置的不同，可以分為正型結構和反型結構，如果光通過電子傳輸層被鈣鈦礦層吸收，則稱為n-i-p結構，也稱為正型結構，見圖1-5a）；與之相反，如果光通過空穴傳輸層被鈣鈦礦層吸收，則稱為p-i-n結構，也稱為反型結構，見圖1-5b）。根據器件里是否有介孔支架層，可以分為介孔結構和平面結構兩個基本結構。典型的介孔結構電池器件如圖1-5c）所示，以染料敏化電池的結構為基礎[24]，在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間，加入一層介孔層作為支架，TiO2是一種被經
【參考文獻】：
碩士論文
[1]聯噻吩材料在鈣鈦礦太陽能電池中的應用[D]. 趙寧.華中科技大學 2016
本文編號：3589172
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