發(fā)布時(shí)間：2017-08-24 14:36

  本文關(guān)鍵詞：基于復(fù)合空穴傳輸材料的介孔鈣鈦礦太陽電池的研究

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【摘要】：人類面臨著能源危機(jī)與環(huán)境污染這兩大問題,因此大力發(fā)展清潔能源是未來的趨勢。而太陽能由于其資源豐富,分布廣泛等特點(diǎn)被認(rèn)為是最有前景的清潔能源之一,而太陽電池是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能的有效方式。有機(jī)／無機(jī)雜化鈣鈦礦材料由于其具有較長的電荷擴(kuò)散長度、較高的光吸收系數(shù)、合適的禁帶寬度等優(yōu)點(diǎn)受到廣泛關(guān)注。近幾年,基于鈣鈦礦材料的鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率得到迅速提升,已從最初的3.8%飆升至20%。其中,空穴傳輸材料是鈣鈦礦太陽電池的重要組成部分,起到將空穴傳至對電極并阻礙電子的作用,它傳輸空穴的性能是決定鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素之一。Spiro-OMeTAD具有合適的能級位置,是高效鈣鈦礦太陽電池常用的空穴傳輸材料。然而其同時(shí)也存在很多缺點(diǎn)：如載流子遷移率較低、穩(wěn)定性差、合成工藝復(fù)雜、成本較高等,因此尋找出一種載流子遷移率高、穩(wěn)定性強(qiáng)、適于溶液法制備的空穴傳輸材料部分替代Spiro-OMeTAD具有很重要的意義。而CuO、CuO2作為銅氧化物中兩種很穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),其制備工藝簡單、載流子遷移率較高符合上述要求。本文將銅氧化物與Spiro-OMeTAD共同使用制備了復(fù)合空穴傳輸層,具體工作如下：本論文采用二氧化鈦為電子傳輸材料和骨架層、CH3NH3PbI3作為光吸收材料、Spiro-OMeTAD作為空穴傳輸材料、金作為對電極,制備了結(jié)構(gòu)為FTO/致密Ti02層／介孔Ti02層/CH3NH3PbI3/Spiro-MeoTAD/Au的介孔鈣鈦礦太陽電池。通過優(yōu)化工藝條件(碘甲胺濃度、PbI2薄膜制備過程)獲得了光電轉(zhuǎn)化效率超過11%的介孔鈣鈦礦太陽電池。在此基礎(chǔ)上通過溶液法引入一層新的空穴傳輸材料,即CuOx,將其至于鈣鈦礦層與Spiro-MeoTAD之間,與Spiro-MeoTAD共同構(gòu)成新的復(fù)合空穴傳輸層。電池測試結(jié)果證實(shí),與無CuOx層的電池相比,采用復(fù)合空穴傳輸層的電池,具有更高的光電轉(zhuǎn)換效率(從10.94%提升至12.3%),及更大的短路電流(由18.2 mA/cm2提升至19.5 mA/cm2)。AFM、SEM結(jié)果表明,CuOx層的修飾可有效減少由液相法合成的鈣鈦礦層的表面粗糙度。此外,熒光測試結(jié)果表明,CuOx層對于有效抽取空穴,減小光生載流子復(fù)合,起到積極作用。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦 太陽電池 兩步法 復(fù)合空穴傳輸層 銅氧化物
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-25
• 1.1 太陽能與可再生能源研究背景10
• 1.2 太陽電池的分類及發(fā)展歷程10-12
• 1.3 有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽電池12-17
• 1.3.1 鈣鈦礦材料及特點(diǎn)12-14
• 1.3.2 鈣鈦礦太陽電池的結(jié)構(gòu)14-15
• 1.3.3 介孔鈣鈦礦太陽電池的工作原理15-16
• 1.3.4 介孔鈣鈦礦太陽電池的性能參數(shù)16-17
• 1.4 鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展歷程及研究現(xiàn)狀17-23
• 1.4.1 鈣鈦礦太陽電池的發(fā)展歷程17-18
• 1.4.2 研究現(xiàn)狀18-23
• 1.4.2.1 鈣鈦礦光吸收材料18-19
• 1.4.2.2 導(dǎo)電基底與對電極19-20
• 1.4.2.3 電子傳輸材料20-21
• 1.4.2.4 空穴傳輸材料21-23
• 1.5 選題背景和意義23-24
• 1.6 主要研究內(nèi)容24
• 1.7 本章小結(jié)24-25
• 第2章 介孔鈣鈦礦太陽電池的制備及不同工藝條件對其性能的影響25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑25-26
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-27
• 2.2.3 測試和表征方法27
• 2.3 介孔鈣鈦礦太陽電池的制備27-28
• 2.3.1 材料合成及設(shè)備準(zhǔn)備27
• 2.3.2 太陽電池的制備流程27-28
• 2.4 不同工藝條件對電池性能的影響28-37
• 2.4.1 碘甲胺濃度變化對太陽電池性能的影響28-32
• 2.4.1.1 SEM結(jié)果分析29-30
• 2.4.1.2 UV結(jié)果分析30-31
• 2.4.1.3 I-V結(jié)果分析31-32
• 2.4.2 碘化鉛結(jié)晶過程對太陽電池性能的影響32-37
• 2.4.2.1 SEM結(jié)果分析32-34
• 2.4.2.2 UV結(jié)果分析34-35
• 2.4.2.3 XRD結(jié)果分析35-36
• 2.4.2.4 I-V結(jié)果分析36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第3章 基于復(fù)合空穴傳輸材料的介孔鈣鈦礦太陽電池的制備及性能研究38-49
• 3.1 引言38
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分38-40
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)原料與試劑38-39
• 3.2.2 實(shí)驗(yàn)過程所需實(shí)驗(yàn)設(shè)備39-40
• 3.2.3 測試和表征方法40
• 3.3 基于復(fù)合空穴傳輸材料的介孔鈣鈦礦太陽電池的制備40-43
• 3.3.1 材料合成與溶液配制40-41
• 3.3.2 太陽電池的制備流程41-43
• 3.4 表征結(jié)果分析43-48
• 3.5 本章小結(jié)48-49
• 第4章 結(jié)論與展望49-51
• 4.1 結(jié)論49-50
• 4.2 展望50-51
• 參考文獻(xiàn)51-57
• 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研工作57-58
• 致謝58

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本文編號：731863