本文關(guān)鍵詞：平板結(jié)構(gòu)高效鈣鈦礦太陽能電池的旋涂溶液溶劑工程（英文）

  更多相關(guān)文章： 鈣鈦礦 薄膜 太陽能電池 溶劑工程 形貌 器件性能

【摘要】：自2009年首次應(yīng)用于太陽能電池中以來,有機鉛鹵化物鈣鈦礦材料得到了極大關(guān)注.據(jù)文獻報道,有機鉛鹵化物鈣鈦礦材料在不同結(jié)構(gòu)的太陽能電池中都得到了應(yīng)用,其中與有機太陽能電池類似的平板結(jié)構(gòu)鈣鈦礦具有結(jié)構(gòu)簡單、制備容易等優(yōu)點,非常適合用于柔性電池和多節(jié)電池等各種應(yīng)用.在平板結(jié)構(gòu)的太陽能電池中,制備高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜至關(guān)重要.真空熱蒸鍍法雖然可以制備厚度均勻的鈣鈦礦薄膜,獲得高的器件性能,但是設(shè)備成本較高,不利于大規(guī)模生產(chǎn).而在溶液法中,早期的一步旋涂法和兩步法由于沒有多孔金屬氧化物的支撐,很難制備均勻的鈣鈦礦平板薄膜;而氣相輔助的兩步法雖然制備的薄膜比較均勻,但反應(yīng)時間卻比較長.程一兵研究組采用在旋涂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液時滴加氯苯使鈣鈦礦快速析出結(jié)晶的方法,制備了高質(zhì)量的均勻的CH3NH3Pb I3薄膜.Seok研究組采用1,4-丁內(nèi)酯(GBL)和二甲基亞砜(DMSO)的混和溶劑,在旋涂時滴加甲苯的方法,在多孔二氧化鈦上也制得了均勻的CH3NH3Pb I3薄膜,取得了很高轉(zhuǎn)化效率(16.7%),但缺少對不同溶劑比例的細致研究,另外,也沒有對平板結(jié)構(gòu)電池性能進行研究.本文采用DMF-DMSO和GBL-DMSO作為混合溶劑在二氧化鈦致密層上旋涂制備了平板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜,并且對混合溶劑的比例對器件性能的影響進行了詳細的考察和優(yōu)化.當純DMF或純GBL作為旋涂溶劑時,得到的CH3NH3Pb I3鈣鈦礦薄膜含有大量不連續(xù)的晶粒,表面的覆蓋度很差,對入射光的吸收遠弱于連續(xù)均勻的薄膜.而且XRD結(jié)果表明,純DMF或純GBL作為旋涂溶劑的薄膜殘留有前驅(qū)體的雜質(zhì),對器件性能非常不利.而采用DMSO作為旋涂溶劑時,制得的薄膜表面則比較均勻,幾乎達到100%的覆蓋.這主要是由于在旋涂溶液中形成了Pb I2-CH3NH3I-DMSO的中間相,這樣可以避免純DMF或純GBL溶劑蒸發(fā)時Pb I2和CH3NH3I的劇烈反應(yīng),因此退火后制得的CH3NH3Pb I3薄膜非常均勻.然而由于純DMSO的高粘度和低揮發(fā)速度,并不是非常適合作為旋涂溶劑,因此我們將DMF和GBL加入到DMSO中形成混合溶劑來考察對制備的鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和器件性能的影響.掃描電鏡結(jié)果表明,加入20%~40%體積分數(shù)的DMF時,形成的薄膜表面非常均勻而且晶粒尺寸很大,達到微米級別,這樣有利于減少晶界處的復(fù)合,提高電池性能.繼續(xù)增加DMF比例會導(dǎo)致晶粒減小,晶界和孔隙增多,薄膜表面也更加粗糙.而加入GBL時得到的晶粒要遠小于加入DMF時的尺寸,并且隨著GBL比例的增加,薄膜的表面變得更加粗糙,孔隙明顯增多,嚴重影響電池性能.XRD結(jié)果表明,純DMSO和混合溶劑制得的薄膜都沒有前驅(qū)體的殘留.紫外可見吸收光譜表明,隨著DMF比例的增加,吸收逐漸增強;而隨著GBL比例的增加,吸收逐漸減弱.這主要由于不同比例溶劑制得的薄膜厚度有所差異造成的.由相關(guān)的薄膜制備的平板結(jié)構(gòu)太陽能電池I-V測試表明:當使用DMF-DMSO混合溶劑時,隨著DMF比例由0%增至40%,短路電流和開路電壓逐漸增加,填充因子略微減小,總體上導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率逐漸增大.隨著DMF繼續(xù)增多,開路電壓和填充因子的減小導(dǎo)致轉(zhuǎn)化效率逐漸降低.而當使用GBL-DMSO混合溶劑時,主要受到短路電流的影響,電池的效率明顯低于含DMF的混合溶劑的情況,而且隨著GBL增多,電池效率逐漸降低.電池的最高轉(zhuǎn)化效率達到了16.5%,最高功率點下固定電壓掃描得到的穩(wěn)態(tài)效率也達到了14.4%,高于報道中采用類似結(jié)構(gòu)的電池的性能.由于在整個電池制備過程中,整個實驗過程都低于100°C,該方法非常適合未來推廣到柔性太陽能電池和多節(jié)太陽能電池上.
【作者單位】： 大連理工大學(xué) 精細化工國家重點實驗室 能源材料化工遼寧省重點實驗室 碳素材料實驗室;中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所催化基礎(chǔ)國家重點實驗室 潔凈能源國家實驗室;
【基金】：partly supported by the National Natural Science Foundation of China(21336001,20873141)~~
【分類號】：TM914.4
【正文快照】： 1.IntroductionSince the first introduction of sensitized solar cells with liq-uid configuration in 2009[1],organolead halide perovskitematerials have garnered great attention around the world.Us-ing different compositions,these perovskite materials[2 5]

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 楊周;張文華;;有機鉛鹵化物鈣鈦礦:冉冉升起的高效太陽能電池(英文)[J];催化學(xué)報;2014年07期

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊周;張文華;;有機鉛鹵化物鈣鈦礦:冉冉升起的高效太陽能電池(英文)[J];催化學(xué)報;2014年07期

2 張瑋皓;彭曉晨;馮曉東;;鈣鈦礦太陽能電池的研究進展[J];電子元件與材料;2014年08期

3 徐長志;靳映霞;柳清菊;;鈣鈦礦型太陽能電池的研究進展[J];儲能科學(xué)與技術(shù);2014年06期

4 邵景珍;董偉偉;鄧贊紅;陶汝華;方曉東;;基于有機金屬鹵化物鈣鈦礦材料的全固態(tài)太陽能電池研究進展[J];功能材料;2014年24期

5 王畢;萬麗;張秋萍;羅天月;王世敏;董兵海;趙麗;盧紅兵;許祖勛;郭志光;;基于雜化鈣鈦礦的異質(zhì)結(jié)太陽能電池及其進展[J];材料導(dǎo)報;2014年S2期

6 錢柳;丁黎明;;鈣鈦礦太陽電池的工作機理及性能的主要影響因素[J];高等學(xué)�；瘜W(xué)學(xué)報;2015年04期

7 方小利;潘璇;陳偉;;鈣鈦礦相有機金屬鹵化物太陽電池研究進展與展望[J];材料導(dǎo)報;2015年09期

8 魏靜;趙清;李恒;施成龍;田建軍;曹國忠;俞大鵬;;鈣鈦礦太陽能電池:光伏領(lǐng)域的新希望[J];中國科學(xué):技術(shù)科學(xué);2014年08期

9 Junyan Xiao;Jiangjian Shi;Dongmei Li;Qingbo Meng;;Perovskite thin-film solar cell: excitation in photovoltaic science[J];Science China Chemistry;2015年02期

10 王瓊;陳紅軍;劉崗;王連洲;;新型固態(tài)太陽能電池中對有機-無機鈣鈦礦材料的調(diào)控(英文)[J];Science Bulletin;2015年04期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 薛啟帆;胡志誠;孫辰;陳梓銘;黃飛;葉軒立;曹鏞;;鈣鈦礦/聚合物(添加劑)復(fù)合薄膜的平面異質(zhì)結(jié)雜化太陽電池[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第25分會：有機光伏[C];2014年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 白賽;用于溶液工藝光電器件的金屬氧化物界面層材料研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 王t，

本文編號：1231093