發(fā)布時間：2017-08-16 07:17

  本文關(guān)鍵詞：基于形貌控制和界面修飾的倒裝平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的性能研究

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【摘要】：有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因其具有制備成本低、光電能量轉(zhuǎn)換效率高和制備工藝簡單等優(yōu)點,被認為是最有應用前途的下一代太陽能電池。在過去的幾年,鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率從只有3.81%提高到20.2%。其中平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池因具有結(jié)構(gòu)簡單、可以低溫制備等特點,成為目前研究的重要方向。在平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)中,直接將鈣鈦礦置于空穴傳輸層和電子傳輸層中間,形成三明治結(jié)構(gòu)。目前提高平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的方法主要有控制鈣鈦礦形貌和器件界面修飾。鈣鈦礦作為活性層,其薄膜質(zhì)量直接決定器件的整體性能。通過溶液工程,優(yōu)化旋涂工藝,改進退火方法,提高鈣鈦礦覆蓋率、增大晶粒尺寸、減少針孔以獲得高質(zhì)量的鈣鈦礦活性層,提高器件的整體性能�？昭�(電子)傳輸層不僅為載流子提供了一個傳輸路徑,同時還會影響鈣鈦礦活性層的形貌�？昭�(電子)傳輸層與鈣鈦礦能級的匹配程度,決定了其抽取空穴(電子)及阻擋電子(空穴)的能力。采用電荷遷移率高、電導率高、穩(wěn)定性好的空穴(電子)傳輸材料,可以降低器件串聯(lián)電阻,提高器件性能和穩(wěn)定性。本文集中討論了通過鈣鈦礦薄膜控制和器件界面修飾提高倒裝平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的器件性能,主要開展了以下兩方面工作：(1)通過溶液工程,調(diào)整前驅(qū)體的CH3NH3I、PbI2、PbCl2配比和前驅(qū)液的濃度,調(diào)節(jié)前驅(qū)體反應的過程,降低鈣鈦礦晶體缺陷、提高鈣鈦礦薄膜的均勻性和致密性,減少針孔,提高鈣鈦礦薄膜的覆蓋率并提高載流子的擴散距離。氯離子的引入,可以調(diào)節(jié)反應的進程,改善鈣鈦礦成膜特性,進而提高鈣鈦礦的結(jié)晶度和電子-空穴的擴散長度。雖然含氯添加劑可以改善鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量,但是氯原子并不能在CH3NH3PbI3取代碘原子實現(xiàn)摻雜。同時優(yōu)化退火方式和退火溫度,控制鈣鈦礦前驅(qū)體進一步的反應進程,增大晶粒尺寸,提高鈣鈦礦薄膜的覆蓋率,減少針孔,進而提高器件的整體性能。(2)調(diào)整空穴傳輸層PEDOT:PSS和電子傳輸層PCBM的厚度,一方面能夠使空穴(電子)傳輸層可以完整的覆蓋下界面,減少漏電流的出現(xiàn),另一方面又防止空穴(電子)傳輸層過厚增大器件的串聯(lián)電阻并且增大電荷復合的概率接著我們通過聚合物EDOT-DPP對PEDOT:PSS空穴傳輸層進行界面修飾,EDOT-DPP的HOMO可以很好的彌補PEDOT:PSS功函數(shù)和鈣鈦礦HOMO的能級差,增大空穴的抽取能力,同時由于EDOT-DPP的LUMO較高,可以很好的阻擋電子,減少了界面處的電荷復合。通過EDOT-DPP空穴傳輸界面修飾層,器件的開路電壓、填充因子得到了較大的提高。最后我們采用PFN-Br對電子傳輸層PCBM進行界面修飾。PFN-Br可以形成界面偶極,降低金屬電極的功函數(shù),使鈣鈦礦、PCBM電子傳輸層、金屬電極之間形成更好的能級匹配,同時還可以提高電子的抽取能力、降低器件的串聯(lián)電阻、形成歐姆接觸。同時PFN-Br還有電子選擇能力,能夠有效的阻擋空穴,這可以有效的減少界面處的電荷復合。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 平面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu) 倒裝結(jié)構(gòu) 形貌控制 界面修飾
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-37
• 1.1 引言9-10
• 1.2 平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展10-13
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池的原理及工作參數(shù)13-18
• 1.3.1 鈣鈦礦材料特性13
• 1.3.2 鈣鈦礦太陽能電池的工作原理13-14
• 1.3.3 太陽能電池的等效電路及伏安特性曲線14-16
• 1.3.4 鈣鈦礦太陽能電池的主要性能參數(shù)16-18
• 1.4 鈣鈦礦太陽能電池活性層形貌控制18-23
• 1.4.1 前驅(qū)液一步沉積法(一步法)18-21
• 1.4.2 兩步順序制備法(兩步法)21-22
• 1.4.3 氣相沉積法制備(氣相法)22-23
• 1.5 鈣鈦礦太陽能電池的界面修飾23-28
• 1.5.1 正裝結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池器件23-25
• 1.5.2 倒裝結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池器件25-28
• 1.6 論文的設計思路28-30
• 參考文獻30-37
• 第二章 鈣鈦礦薄膜的形貌控制37-52
• 2.1 引言37-38
• 2.2 實驗方法38-39
• 2.2.1 鈣鈦礦材料的制備38
• 2.2.2 器件的制備38-39
• 2.3 結(jié)果及分析39-48
• 2.3.0 鈣鈦礦(CH_3NH_3PbI_XCl_(3-X))的材料特性39-40
• 2.3.1 不同配比的前驅(qū)液對器件性能的影響40-43
• 2.3.2 退火工藝對器件性能的影響43-46
• 2.3.3 測試方法對測試結(jié)果的影響46-47
• 2.3.4 優(yōu)化鈣鈦礦薄膜后獲得的最佳效率47-48
• 2.4 本章小結(jié)48-50
• 參考文獻50-52
• 第三章 器件界面修飾52-65
• 3.1 引言52-53
• 3.2 實驗方法53-55
• 2.2.1 鈣鈦礦材料的制備53-54
• 2.2.2 器件的制備54-55
• 3.3 實驗結(jié)果及分析55-62
• 3.3.1 空穴傳輸層的優(yōu)化55-59
• 3.3.2 電子傳輸層的優(yōu)化59-62
• 3.4 本章小結(jié)62-63
• 參考文獻63-65
• 第四章 總結(jié)及展望65-68
• 4.1 總結(jié)65-66
• 4.2 展望66-68
• 碩士期間發(fā)表的成果68-69
• 致謝69-70

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