【摘要】：作為第三代新型薄膜太陽能電池,有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池憑借其工作效率高、工藝簡單、制作成本低等優(yōu)點(diǎn),引起了人們的廣泛關(guān)注。但是,這類電池依然普遍存在一些問題:比如器件穩(wěn)定性不高、滯后效應(yīng)大(滯后效應(yīng)是指在電池的J-V測(cè)試過程中,不同的掃描方向使得電池的J-V曲線存在差異)......。解決上述存在的問題,并提高電池工作效率的主要方法有:1、利用界面修飾,提高界面處載流子的傳輸速率,來改善電池的光電性能;2、在活性層中摻雜,調(diào)控鈣鈦礦薄膜的形貌,達(dá)到改變電池光電性能的目的。本論文集中于向n-i-p結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池中引入一種富勒烯衍生物—PCBM材料,鈍化鈣鈦礦功能層內(nèi)和界面處的缺陷,提高電池器件的光電轉(zhuǎn)換效率,主要工作如下:(1)引入PCBM界面修飾層,對(duì)電子傳輸層/鈣鈦礦層處的界面進(jìn)行修飾,來提高電池器件的光電性能。制備方法是在氧化鈦層上旋涂含PCBM的氯苯溶液,其溶液濃度為10 mg/ml。界面修飾的原理:其一,PCBM作為優(yōu)異的電子傳輸層材料,本身具有很強(qiáng)的電子傳輸性能,它作為界面修飾層時(shí),可以促進(jìn)電子在該界面處的傳輸,從而改善電池的光電性能;其二,在電池結(jié)構(gòu)中,電子傳輸層Ti02的表面存在大量氧空位,它們?cè)谳d流子傳輸過程中會(huì)作為缺陷俘獲載流子,形成電池的滯后效應(yīng),PCBM界面修飾層能夠鈍化這些界面缺陷,降低界面處電荷的俘獲機(jī)率。測(cè)量中,我們首次利用電極瞬間放電和瞬態(tài)開路電壓測(cè)量相結(jié)合的方法研究表明界面修飾能夠鈍化電子傳輸層上的缺陷,減小電池的滯后效應(yīng)。(2)界面修飾并不能完全消除電池的滯后效應(yīng),于是我們將PCBM材料摻雜到電池器件的光電功能層中,研究晶界縫隙對(duì)電池性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明活性層中摻雜PCBM,能提高鈣鈦礦薄膜的致密性,優(yōu)化電池的光電性能。在活性層中摻雜少量的PCBM后,電池的光電轉(zhuǎn)換效率、填充因子均有所提高,電池的滯后效應(yīng)也有明顯的改善。電池光電性能的提高主要?dú)w功于鈣鈦礦薄膜質(zhì)量和性能的改變。測(cè)試結(jié)果表明摻雜少量的PCBM會(huì)提高鈣鈦礦薄膜的電子傳輸性能,同時(shí)活性層中少量的PCBM顆粒能夠填充鈣鈦礦晶�？p隙,減少鈣鈦礦內(nèi)部由致密性形成的電子俘獲陷阱,降低載流子復(fù)合機(jī)率。
【圖文】：

和Ｂ都代表陽離子，Ｘ代表陰離子，這兩個(gè)陽離子和一個(gè)陰離子之間通過化學(xué)鍵逡逑相互作用，，形成了一個(gè)長程有序的面心－體心四方晶體結(jié)構(gòu)，與ＣａＴｉＣｂ的晶體結(jié)構(gòu)逡逑相同，如圖１．１所示。這種結(jié)構(gòu)讓鈣鈦礦材料具備了許多特殊的性質(zhì)，比如吸光性、逡逑電催化性、以及激子束縛能小、材料介電常數(shù)大、吸光系數(shù)高、吸收光譜寬等等，逡逑這些性質(zhì)使得鈣鈦礦在物理和化學(xué)領(lǐng)域都有很大的應(yīng)用空間。逡逑鈣鈦礦晶體的結(jié)構(gòu)特征受到容忍因子（／）和八面體因子（＂）影響，因此它對(duì)逡逑離子的大小有嚴(yán)格的要求［１７］。其中：逡逑ｔ邋＝邋（Ｒａ邋＋邋Ｒｂ）丨遲（Ｒｂ邋＋邋Ｄ邐（１－１）逡逑ＪＵ邋＝邋ＲＢ／ＲＸ邐（１－２）逡逑Ａ、辦、辦分別表示Ａ、Ｂ、Ｘ離子的半徑［１８］。當(dāng)＾和廠分別在０．８１？１．１１和逡逑０．４４？０．９０范圍內(nèi)時(shí)，鈣鈦礦晶體為正八面體結(jié)構(gòu)，此時(shí)，若０．８９＜Ｋｌ．１０，是標(biāo)準(zhǔn)逡逑的立方結(jié)構(gòu)，而且隨著？的偏離會(huì)使晶體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾狈骄担郏保梗�。太陽能電池中常逡逑用的邋ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３材料，已知剔＝１８０ｐｍ，尺ｗ＝１１９ｐｍ，邐產(chǎn)２２０ｐｍ，帶入（１－１）逡逑和（１－２）公式得／＝０．８３４，邋；／＝０．５４１，所以室溫下ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３為不規(guī)則的三維結(jié)構(gòu)。逡逑＃逡逑圖１．１鈣鈦礦材料的晶體結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｍａｔｅｒｉａｌｓ．逡逑鈣鈦礦材料分為兩大類：一類是無機(jī)鈣鈦礦材料，另一類是有機(jī)－無機(jī)雜化的逡逑鈣鈦礦材料。其中

ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ，邋（ｃ）邋Ｔｈｅ邋ｐ－ｉ－ｎ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ．逡逑１．３．４鈣鈦礦太陽能電池的工作原理逡逑以ｎ－ｉ－ｐ結(jié)構(gòu)的電池為例，描述電池的光電轉(zhuǎn)換過程，如圖１．３所示，它主要逡逑包括四個(gè)過程：逡逑（１）
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 呂龍鋒;聚合物太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池的界面修飾工程[D];北京交通大學(xué);2017年

本文編號(hào)：2600214