發(fā)布時(shí)間：2022-01-24 21:53

　　隨著信息時(shí)代的爆發(fā),人們對于能源的需求日益增長。化石能源的枯竭及其對人類居住環(huán)境的破壞,使得人類對于新型清潔能源的探索和開發(fā)日益迫切。太陽光作為清潔能源因?yàn)閮α烤薮笕≈唤?成為世界各地研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。對于太陽能的開發(fā)可以用將是解決能源危機(jī)的重要支柱,鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）自問世以來得到飛速發(fā)展。鈣鈦礦材料擁有較寬的帶隙調(diào)解范圍、大于1μm的載流子擴(kuò)散長度和優(yōu)秀的光吸收系數(shù)等優(yōu)勢,使其光電轉(zhuǎn)化效率十年突破到25.2%。但還是存在諸多問題:有機(jī)無機(jī)雜化材料存在諸多缺陷、光生電子和光生空穴的有效傳輸?shù)热孕柽M(jìn)一步提升。本文主要通過界面工程來調(diào)節(jié)電子傳輸層（ETL）能級結(jié)構(gòu),提高界面處載流子的傳輸性能;通過優(yōu)化TiO₂薄膜促進(jìn)鈣鈦礦薄膜的生長,減少非輻射復(fù)合中心;界面修飾鈍化鈣鈦礦薄膜缺陷,改善薄膜質(zhì)量提高載流子傳輸性能,制備高性能穩(wěn)定的PSCs。主要結(jié)論如下:（1）提出了一種用氟化銨（NH₄F）修飾鈣鈦礦層與ETL界面的方法。TiO₂薄膜經(jīng)NH₄F改性后,ETL和鈣鈦礦的界面缺陷得到緩解和鈍化,載... 

【文章來源】：華僑大學(xué)福建省

【文章頁數(shù)】：81 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

各類太陽能電池效率統(tǒng)計(jì)圖

華僑大學(xué)碩士學(xué)位論文4（1.1）RA、RB、RX分別是對應(yīng)元素的離子半徑，當(dāng)t在0.81~1.11時(shí)鈣鈦礦具有穩(wěn)定的晶格結(jié)構(gòu)；但后來研究表明只有t并不能確定晶形結(jié)構(gòu)，有引入八面體因子μ共同判斷，計(jì)算公式（1.2）：(1.2)當(dāng)μ屬于0.44~0.99，并且t在0.81~1.11之間時(shí)鈣鈦礦晶體對稱較好，擁有穩(wěn)定的三維晶體結(jié)構(gòu)。此外，當(dāng)材料是四方鈣鈦礦的共生型結(jié)構(gòu)（R2An1BnX3n+1）時(shí)，而有機(jī)陽離子（R）的尺寸超出了容限因子的限制(n為八面體層數(shù))，將得到穩(wěn)定的二維或準(zhǔn)二維鈣鈦礦結(jié)構(gòu)[14-17]。通常來講，A原子本身不會對鈣鈦礦禁帶寬度Eg產(chǎn)生影響，其離子半徑的大小將導(dǎo)致整個(gè)晶格的膨脹或收縮，從而改變[BX6]4—的鍵長和鍵角，進(jìn)而影響鈣鈦礦材料的Eg。因此可以通過改變A、B和X的組分來調(diào)控鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)和能級位置，進(jìn)一步優(yōu)化PSCs的光伏性能。圖1.2鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)1.3.2PSCs器件結(jié)構(gòu)通常認(rèn)為PSCs是從染料敏化太陽能電池發(fā)展過來的，Miyasaka團(tuán)隊(duì)[12]用CH3NH3PbI3取代染料做敏化材料制備了第一塊后來被稱之為PSCs的器件，但由于CH3NH3PbI3易溶于電解質(zhì)中，光穩(wěn)定性較差沒能引起大家重視。直到Kim等人[18]把Spiro-OMeTAD固態(tài)空穴傳輸材料取代液態(tài)電解質(zhì)制備出穩(wěn)定高效的

2的厚度，用鈣鈦礦層使其與HTL隔絕開來[19]，既避免了載流子的復(fù)合還增加了對電子的提取能力，鈣鈦礦的光伏效率又邁上一個(gè)新的臺階。目前基于圖1.3（c）介孔結(jié)構(gòu)的PSCs最高效率超過22.1%[20]。隨著研究的深入，人們并不滿足于需要高溫?zé)Y(jié)m-TiO2才能制備高效率的PSCs，于是轉(zhuǎn)向平面結(jié)構(gòu)電池的開發(fā)。Snaith首次嘗試平面結(jié)構(gòu)器件取得了4.9%的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE）；隨后他們又通過雙源蒸發(fā)的方式優(yōu)化鈣鈦礦薄膜的沉積，使得平面電池的PCE突破至15.4%[21]，擺脫了器件需要高溫?zé)Y(jié)m-TiO2的限制，為PSCs開辟了更加廣闊的空間。圖1.3PSCs結(jié)構(gòu)示意圖：（a）敏化結(jié)構(gòu)（b）平面結(jié)構(gòu)；（c）介孔結(jié)構(gòu)；1.4PSCs的工作原理研究表明鈣鈦礦屬于本征半導(dǎo)體，自身既能傳導(dǎo)電子也能傳輸空穴。由于鈣鈦礦激子結(jié)合能較低，光照產(chǎn)生的載流子很容易分離電子和空穴，分別傳遞到透明電極和金屬對電極形成回路，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)化[22]。但由于載流子不能有效傳遞，在表面聚集后發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致器件效率底下。于是我們分別引入ETL和HTL輔助光生電子和空穴的傳輸，減少載流子因在鈣鈦礦表面聚集而發(fā)生的復(fù)合。基于此，高效PSCs都是在結(jié)構(gòu)以FTO或ITO/ETL/Perovkite/HTL/Au或Ag為基礎(chǔ)組裝的器件[23]。PSCs的理論開路電壓是ETL的CB軌道和HTL的HOMO軌道之間的能極差，但由于鈣鈦礦自身缺陷和界面處的載流子復(fù)合等問題會嚴(yán)重影響器件的性能[19,24-26]。因此，處理好這些因器件結(jié)構(gòu)而形成的諸多界面（ITO/ETL、ETL/Perovkite、Perovkite/HTL、HTL/Au）問題，是增大載流子傳輸性能，增加輻射復(fù)合概率，制備出高性能器件的關(guān)鍵。


本文編號：3607364