【摘要】：有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池憑借其卓越的光伏性能在短短的幾年內(nèi)吸引了大量科研工作者的關(guān)注。目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)早已經(jīng)超過22%。但是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池受限于其自身的穩(wěn)定性和鉛(Pb)的毒性問題一直未能成功商業(yè)化。本論文針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中存在的穩(wěn)定性問題和鉛的毒性問題,提出使用長(zhǎng)鏈的有機(jī)陽(yáng)離子PMA+(C6H5CH2NH3+)和無毒的銅(Cu)元素組合得到了一種穩(wěn)定、無毒的(PMA)2CuBr4層狀鈣鈦礦材料,針對(duì)性的對(duì)其濕度穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、紫外光穩(wěn)定性進(jìn)行了研究,并將其用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中,為以后發(fā)展高穩(wěn)定、無毒的鈣鈦礦材料提供了一種新思路。本論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料制備及結(jié)構(gòu)、光學(xué)吸收性能、能帶結(jié)構(gòu)表征采用化學(xué)溶液法合成了(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料,并使用溶膠凝膠法制備了(PMA)2CuBr4鈣鈦礦薄膜。利用XRD、EDS、UV-vis、PL、UPS等研究手段對(duì)(PMA)2CuBr4鈣鈦礦結(jié)構(gòu)、光學(xué)吸收性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:(PMA)2CuBr4鈣鈦礦為二維(2D)層狀結(jié)構(gòu);(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料可見光吸收范圍在300～700 nm之間,帶隙Eg約為1.81 eV,吸光系數(shù)在105 cm-1數(shù)量級(jí),PL發(fā)光峰在660 nm,載流子壽命約為3.07 ns。(2)(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料穩(wěn)定性研究利用XRD、UV-vis、TGA等研究手段分別對(duì)(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料的濕度穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、紫外光穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明:(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料在RH = 60%濕度條件下一周內(nèi)不發(fā)生降解;(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料熱失重溫度為160℃,并且(PMA)2CuBr4鈣鈦礦薄膜在100℃加熱6 h后不發(fā)生分解;(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料在紫外光照射14 h后不發(fā)生分解。(3)(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料光伏性能研究制備了平面型和介孔型(PMA)2CuBr4鈣鈦礦材料光伏器件,并測(cè)試了其光伏性能,最后利用霍爾效應(yīng)、PL等研究手段對(duì)其光伏性能低下的原因進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:(PMA)2CuBr4鈣鈦礦光伏器件僅取得了 0.2%的PCE;其光伏性能低下主要是由于(PMA)2CuBr4鈣鈦礦二維層狀結(jié)構(gòu)的緣故,造成(PMA)2CuBr4鈣鈦礦薄膜載流子傳輸性能不佳以及激子結(jié)合能增大。此外器件界面低的載流子分離效率也限制了(PMA)2CuBr4鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件性能。
【圖文】：

而迅速在短時(shí)間吸引了大量科研工作者的關(guān)注。逡逑１．２．１鈣欽礦太陽(yáng)能電池發(fā)展歷程逡逑鈣鈦礦吸光材料結(jié)構(gòu)的化學(xué)通式是ＡＢＸ３，其空間原子排布情況如圖１．２（ａ）逡逑所示：Ａ是一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽(yáng)離子（Ａ＝ＭＡ＋、ＮＨ２ＣＨＮＨ２＋、Ｃｓ＋、Ｒｂ＋等），位逡逑于體心立方的八個(gè)頂點(diǎn)，也就是八面體間隙位置；Ｂ是金屬陽(yáng)離子（Ｂ邋＝邋Ｐｂ２＋、逡逑Ｓｎ２＋、Ｂｉ３＋、Ｓｂ３＋、Ｃｕ２＋等），位于體心立方的體心位置，也就是八面體的中心位逡逑置；Ｘ通常為鹵素離子（Ｘ邋＝邋Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉ），位于體心立方的六個(gè)面心位置，也就是八逡逑面體的六個(gè)頂點(diǎn)位置。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)要維持三維（３Ｄ）結(jié)構(gòu)必須滿足容忍因子逡逑（Ｇｏｌｄｓｃｈｍｉｄｔ＇ｓ邋Ｔｏｌｅｒａｎｃｅ邋Ｆａｃｔｏｒ），值在區(qū)間［０．８，邋１邋］內(nèi)，即邋０．８邋ｙ邋５邋１，部分材料滿逡逑足八面體因子（ＯｃｔａｈｅｄｒａｌＦａｃｔｏｒ）＂值在區(qū)間［０．４，０．８９５］內(nèi)，，即邋０．４４２；＾￥０．８９５，逡逑ｆ和Ａ分別滿足式（卜１）、（１－２）：逡逑４ｉ（Ｒａ＋Ｒｘ）逡逑ｒ＝—邐邐邋（ｌ－ｌ）逡逑Ｒｂ＋Ｒｘ逡逑Ｍ邋＝邋＾邐ｄ－２）逡逑Ｒｘ逡逑上式中心、辦、分別代表鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中Ａ離子半徑、Ｂ離子半徑、Ｘ離子半逡逑徑。當(dāng)Ａ位正一價(jià)陽(yáng)離子半徑適當(dāng)使得＾值落在區(qū)間［０，８，１］內(nèi)時(shí)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)為逡逑三維（３Ｄ）鈣鈦礦結(jié)構(gòu)［４］

邐２０１５邐２０２０逡逑圖１．２美國(guó)國(guó)家能源部可再生能源實(shí)驗(yàn)室截止２０１８年４月底所有的太陽(yáng)能電池最新逡逑ＰＣＥ統(tǒng)計(jì)圖？逡逑１．２．２鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件結(jié)構(gòu)和工作原理逡逑目前鈣鈦礦太陽(yáng)能電池主要有三種結(jié)構(gòu)：介孔異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、ｆ面異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)、逡逑平面介孔異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)。介孔異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)衍生自染料敏化太陽(yáng)能器件結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(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 鄒龍;有機(jī)—無機(jī)層狀類鈣鈦礦（RNH_3）_2CuX_4的結(jié)構(gòu)及薄膜制備與性能[D];武漢理工大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2653591