【摘要】：鈣鈦礦太陽能電池作為第三代太陽能電池的杰出代表,由于其晶體材料具有直接帶隙、高效率的吸收、高載流子遷移率、低成本制備等眾多優(yōu)點(diǎn),引起了相關(guān)科研人員的廣泛興趣。這種太陽能電池有望在未來取代硅基太陽能電池,但是要真正的進(jìn)行商業(yè)化生產(chǎn),還有關(guān)鍵性問題需要解決:鈣鈦礦材料對(duì)大氣環(huán)境的敏感性;高轉(zhuǎn)換效率的大面積器件等。針對(duì)這些問題,科研工作者們通過提升鈣鈦礦層的質(zhì)量、嘗試新型的電荷傳輸材料和修飾器件界面等來提升太陽能電池的光伏性能和穩(wěn)定性。本論文通過不同的添加劑和溶劑退火制備出高質(zhì)量的鈣鈦礦層,提升器件性能。本論文主要探究內(nèi)容如下:1.在PbI_2前驅(qū)液中摻雜小分子氨基鋰(LiNH_2),可以改變PbI_2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)和擇優(yōu)取向,提高PbI_2向CH_3NH_3PbI_3的轉(zhuǎn)化率,制備出高質(zhì)量的CH_3NH_3PbI_3薄膜。同時(shí),LiNH_2還可以鈍化缺陷,優(yōu)化費(fèi)米能級(jí),改善光伏滯后效應(yīng)。與無添加劑的器件相比,摻雜濃度為2 wt%的鈣鈦礦太陽能電池的Voc從0.96 V提升至1.00 V,Jsc從18.47 mA/cm~2增加至20.24 mA/cm~2,FF從53.3%提高到62.0%,器件的PCE由9.4%提升至12.6%。2.將1 wt%濃度的小分子2-氯乙胺鹽酸鹽(2-CH)利用溶液法,摻雜在PbI_2薄膜和CH_3NH_3PbI_3薄膜中,進(jìn)一步在DMSO氣氛中退火處理,制備出了最優(yōu)的器件。其光伏性能為PCE=14.5%,Voc=0.92 V,Jsc=21.10 mA/cm~2,FF=74.8%。2-CH摻雜和溶劑退火制備出高空隙率的PbI_2薄膜和高質(zhì)量的CH_3NH_3PbI_3薄膜。對(duì)比小分子二甲胺鹽酸鹽(DH)添加劑,結(jié)果表明2-CH更明顯的促進(jìn)PbI_2薄膜(001)晶面的面外擇優(yōu)取向性,有利于優(yōu)化CH_3NH_3PbI_3薄膜的性能,提升器件的光伏性能。3.引入有機(jī)小分子1,6-己二胺二鹽酸鹽(1,6-DD),制備出低結(jié)晶度、高面外擇優(yōu)取向性的PbI_2薄膜。同時(shí)利用DMSO氣氛退火處理,獲得大晶粒尺寸、低缺陷密度、高結(jié)晶性的CH_3NH_3PbI_3薄膜。優(yōu)化摻雜濃度為2 wt%時(shí),獲得最優(yōu)的器件性能PCE=15.7%,Voc=0.96 V,Jsc=21.94 mA/cm~2,FF=74.4%。相對(duì)于無添加劑和空氣環(huán)境中退火的器件(PCE=10.6%),光伏性能提高了大約48.5%。對(duì)比摻雜1,4-丁二胺二鹽酸鹽(1,4-DD),結(jié)果表明1,6-DD與PbI_2形成絡(luò)合物,促進(jìn)PbI_2轉(zhuǎn)化且有利于CH_3NH_3PbI_3薄膜的(110)晶面形成,有效地提升器件的電流密度Jsc,進(jìn)而提升器件的效率。
【圖文】：

2圖 1-1 不同類型太陽能電池的效率走勢圖[21]Fig. 1-1 Record efficiencies of various solar cells[21]

2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au和ITO/PEDOT:PSS/ Perovskite/PCBM/Al這兩類典型的太陽能電池的工作原理。兩種器件的能級(jí)結(jié)構(gòu)如圖1-3所示。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4

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本文編號(hào)：2643431