本文關(guān)鍵詞：鈣鈦礦吸收層的組成和微結(jié)構(gòu)及其相應(yīng)鈣鈦礦太陽電池光伏性能的研究

  更多相關(guān)文章： 鈣鈦礦吸收層 摻雜 氣相處理 兩步溶液法 平板鈣鈦礦太陽電池

【摘要】：鈣鈦礦吸收層是鈣鈦礦太陽電池的最重要組成部分,也是近幾年來的研究熱點。本文采用了溶液旋涂和微距離真空熱蒸發(fā)兩步連續(xù)沉積法制備了雙層結(jié)構(gòu)PbI2薄膜,并利用CH3NH3I氣相處理雙層PbI2薄膜得到了鈣鈦礦吸收層薄膜(CH3NH3PbI3)；對鈣鈦礦薄膜的晶相、光學(xué)帶隙和表面形貌進行了表征；并組裝了平板鈣鈦礦太陽電池,其結(jié)構(gòu)為FTO/-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Au,測試了其光伏性能。在PbI2的DMF溶液中直接加入等物質(zhì)的量的DMSO形成PbI2(DMSO)配合物的DMF溶液,旋涂制得PbI2(DMSO)薄膜,通過控制CH3NH3I和CH3NH3Br鹵甲銨混合溶液的鹵素的物質(zhì)的量比,旋涂制備了CH3NH3PbI3-xBrx鈣鈦礦吸收層薄膜,成功對鈣鈦礦薄膜進行Br摻雜；組裝了相應(yīng)的平板鈣鈦礦太陽電池,并對其化學(xué)組成、晶相、光學(xué)帶隙和表面形貌進行了表征。利用CH3NH3Br和CH3NH3Cl氣相處理雙層PbI2薄膜分別得到了CH3NH3PbI3-xBrx以及CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦吸收層薄膜；對得到的兩種鈣鈦礦吸收層薄膜的化學(xué)組成、晶相、光學(xué)帶隙和表面形貌進行了研究,也分別組裝了結(jié)構(gòu)為FTO/c-TiO2/CH3NH3PbI3-xXx/spiro-OMeTAD/Au的平板鈣鈦礦太陽電池,測試了其光伏性能。結(jié)果表明,利用溶液旋涂和微距離真空熱蒸發(fā)兩步連續(xù)沉積法成功制備了雙層結(jié)構(gòu)的PbI2薄膜,通過氣相處理獲得了雙層結(jié)構(gòu)CH3NH3PbI3薄膜,由于雙層結(jié)構(gòu)的CH3NH3PbI3薄膜由下層180 nm均勻致密的CH3NH3PbI3薄膜和上層220 nm的粗糙多孔的CH3NH3PbI3薄膜組成,下層均勻致密,能有效阻擋spiro和Ti02的接觸,防止電子復(fù)合；上層粗糙多孔,可以增大鈣鈦礦吸收層與spiro的接觸面積,由其制備的平板鈣鈦礦太陽電池取得了11.64%的光電轉(zhuǎn)換效率。在PbI2的DMF溶液中直接加入等物質(zhì)的量DMSO,形成PbI2(DMSO)配合物的DMF溶液,通過旋涂制得了PbI2(DMSO)薄膜,其XRD花樣顯示其主峰位置從2θ=12.67℃位移至2θ=9.65℃處。通過旋涂不同CH3NH3I和CH3NH3Br物質(zhì)的量比的鹵甲銨混合溶液,得到不同化學(xué)組成的CH3NH3PbI3-xBrx鈣鈦礦吸收層薄膜,EDS、XRD和UV-Vis的結(jié)果均表明通過混合溶液旋涂可以成功實現(xiàn)鈣鈦礦薄膜中Br摻雜,但是提高混合溶液中CH3NH3Br的含量并不能提高鈣鈦礦薄膜中Br的含量,混合鹵甲銨溶液中CH3NH3I和CH3NH3Br物質(zhì)的量比為95:5時制備的CH3NH3Pbl3-xBrx的鈣鈦礦薄膜組裝的鈣鈦礦太陽電池獲得了最高為13.20%的光電轉(zhuǎn)換效率。利用CH3NH3Br和CH3NH3Cl氣相處理雙層結(jié)構(gòu)PbI2薄膜得到了CH3NH3PbI3-xBrx及CH3NH3Pbl3-xClx鈣鈦礦吸收層薄膜,經(jīng)過表征得出,分別進行氣相處理65 min和40 min得到的CH3NH3PbI3-xBrx和CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦吸收層薄膜厚度均勻致密,厚度分別為260 nm和430 nm；此外,EDS、XRD和UV-Vis的結(jié)果均表明兩種薄膜成功實現(xiàn)Br和C1摻雜,利用兩種薄膜組裝的平板鈣鈦礦太陽電池分別取得了5.98%和4.41%的光電轉(zhuǎn)換效率。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦吸收層 摻雜 氣相處理 兩步溶液法 平板鈣鈦礦太陽電池
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2;TM914.4
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-10
• Abstract10-18
• 第一章 緒論18-28
• 1.1 引言18
• 1.2 太陽電池的總類18-22
• 1.2.1 硅基太陽電池19-20
• 1.2.2 化合物薄膜太陽電池20-21
• 1.2.3 染料敏化太陽電池21
• 1.2.4 量子點敏化太陽電池21-22
• 1.3 鈣鈦礦太陽電池22-26
• 1.3.1 鈣鈦礦材料簡介22-23
• 1.3.2 鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展23-24
• 1.3.3 鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)及工作原理24-25
• 1.3.4 鈣鈦礦太陽電池的主要參數(shù)25
• 1.3.5 鈣鈦礦太陽電池的前景和目前存在的問題25-26
• 1.4 本論文的研究意義及主要內(nèi)容26-28
• 第二章 雙層結(jié)構(gòu)PbI_2的制備及其在平板鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用28-38
• 2.1 引言28
• 2.2 實驗部分28-32
• 2.2.1 試劑與儀器28-29
• 2.2.2 雙層結(jié)構(gòu)PbI_2薄膜的制備29
• 2.2.3 雙層結(jié)構(gòu)CH_3NH_3PbI_3薄膜的制備29
• 2.2.4 平板鈣鈦礦太陽電池的組裝29-30
• 2.2.5 導(dǎo)電玻璃襯底的蝕刻與清洗30
• 2.2.6 碘甲銨的合成30-31
• 2.2.7 測試方法31-32
• 2.3 結(jié)果與討論32-36
• 2.3.1 PbI_2和CH_3NH_3PbI_3薄膜微觀形貌32-33
• 2.3.2 PbI_2和CH_3NH_3PbI_3薄膜的晶相33-35
• 2.3.3 PbI_2和CH_3NH_3PbI_3薄膜的紫外-可見吸收光譜35
• 2.3.4 平板鈣鈦礦太陽電池的光伏性能35-36
• 2.4 本章小結(jié)36-38
• 第三章 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x鈣鈦礦吸收層的制備及其在平板鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用38-47
• 3.1 引言38
• 3.2 實驗內(nèi)容38-39
• 3.2.1 實驗儀器與試劑38
• 3.2.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x鈣鈦礦吸收層的制備38-39
• 3.2.3 導(dǎo)電玻璃的清洗39
• 3.2.4 平板鈣鈦礦太陽電池的組裝39
• 3.2.5 測試方法39
• 3.3 結(jié)果與討論39-46
• 3.3.1 PbI_2及CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的化學(xué)組成39-40
• 3.3.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的晶相40-41
• 3.3.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的紫外-可見吸收光譜41-42
• 3.3.4 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的微觀形貌42-44
• 3.3.5 平板鈣鈦礦太陽電池的光伏性能44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 第四章 CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦吸收層的制備及其在平板鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用47-56
• 4.1 引言47
• 4.2 實驗內(nèi)容47-49
• 4.2.1 實驗儀器與試劑47-48
• 4.2.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x鈣鈦礦吸收層的制備48
• 4.2.3 導(dǎo)電玻璃的清洗48
• 4.2.4 雙層結(jié)構(gòu)PbI_2的制備48
• 4.2.5 平板鈣鈦礦太陽電池的組裝48
• 4.2.6 測試方法48-49
• 4.3 結(jié)果與討論49-54
• 4.3.1 PbI_2及CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的化學(xué)組成49-50
• 4.3.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的紫外-可見吸收光譜50-51
• 4.3.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的晶相51-52
• 4.3.4 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的微觀形貌52-53
• 4.3.5 平板鈣鈦礦太陽電池的光伏性能53-54
• 4.4 本章小結(jié)54-56
• 第五章 溶液法制備CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x鈣鈦礦吸收層及其在平板鈣鈦礦太陽電池中的應(yīng)用56-67
• 5.1 引言56
• 5.2 實驗部分56-58
• 5.2.1 實驗試劑和儀器56-57
• 5.2.2 PbI_2(DMSO)薄膜的制備57
• 5.2.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x的制備及平板鈣鈦礦太陽電池的組裝57
• 5.2.4 導(dǎo)電玻璃的清洗57
• 5.2.5 測試方法57-58
• 5.3 結(jié)果與討論58-65
• 5.3.1 PbI_2(DMSO)薄膜的晶相和表面形貌58-59
• 5.3.2 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的化學(xué)組成59-60
• 5.3.3 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的晶相60-61
• 5.3.4 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的紫外-可見吸收光譜61-62
• 5.3.5 CH_3NH_3PbI_(3-x)Br_x薄膜的微觀形貌62-64
• 5.3.6 平板鈣鈦礦太陽電池的光伏性能64-65
• 5.4 本章小結(jié)65-67
• 第六章 結(jié)論與展望67-69
• 6.1 結(jié)論67-68
• 6.2 展望68-69
• 參考文獻69-77
• 攻讀碩士學(xué)位期間的學(xué)術(shù)活動及成果情況77

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