【摘要】：有機-無機雜化的鈣鈦礦太陽能電池作為第三代太陽能電池,因其優(yōu)異的光電性能、簡單的制備工藝以及低廉的生產(chǎn)成本而備受各國科學(xué)家關(guān)注,在近幾年得到了爆炸式發(fā)展。在鈣鈦礦太陽能電池中,電子傳輸層作為不可或缺的重要組成部分,起到提取電子,同時阻擋空穴的作用。本文主要圍繞鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層展開研究,主要涉及對傳統(tǒng)二氧化鈦電子傳輸層的摻雜改性、尋找新的優(yōu)秀電子傳輸層材料、探討電子傳輸層性能提高機理等方面,取得的主要成果如下:一、通過水熱反應(yīng),將稀土元素銪以離子態(tài)(Eu~(3+))引入傳統(tǒng)二氧化鈦中,形成摻雜效應(yīng),并將其制作成鈣鈦礦太陽能電池中的介孔層組裝進介孔型鈣鈦礦太陽能電池中,使電池的光電轉(zhuǎn)化效率得到了12.90%的提升,達到了17.90%。通過我們的研究發(fā)現(xiàn),效率的提高主要歸因于摻雜效應(yīng)提高了二氧化鈦中的載流子濃度,能夠加快電子的傳輸,減小電池的串聯(lián)電阻。進一步研究發(fā)現(xiàn),摻雜提高了二氧化鈦的費米能級,在進一步促進光生電子向電極傳輸?shù)耐瑫r,抑制了光生電子和空穴的復(fù)合,提高了載流子遷移及收集效率。二、為了進一步探究摻雜效應(yīng)對二氧化鈦電子傳輸層的影響,優(yōu)化電子傳輸層的性能,提高其電導(dǎo)率及電子收集傳輸性能,我們進一步對二氧化鈦電子傳輸層進行二價過渡金屬離子Zn~(2+)的摻雜研究。在研究中我們發(fā)現(xiàn),鋅離子摻雜在提高鈣鈦礦太陽能電池的短路電流密度及填充因子方面表現(xiàn)優(yōu)異。得益于摻雜能夠提高二氧化鈦的電導(dǎo)率及電子傳輸性能,且能減少載流子的復(fù)合幾率。鋅離子摻雜使得電池器件效率提升了21.62%,達到了19.69%。三、首次將采用溶劑熱法制備的硫化銦納米薄片作為電子傳輸層運用到鈣鈦礦太陽能電池中,獲得了表現(xiàn)出色的太陽能電池器件。硫化銦相比于傳統(tǒng)的二氧化鈦電子傳輸層材料,其電子遷移率更高,能級結(jié)構(gòu)與鈣鈦礦感光層的能級結(jié)構(gòu)更加匹配,有利于光生電子的注入和收集,大大提高了電池性能。電池的光電轉(zhuǎn)化效率達到了18.83%。在研究中我們發(fā)現(xiàn)硫化銦納米薄片在構(gòu)筑電子傳輸層的過程中可以采用低溫處理工藝,節(jié)約了生產(chǎn)成本,并且為制備柔性基底的器件提供了新思路。
【圖文】：

第 1 章 緒論1.1 太陽能電池的研究意義能源是人類社會得以發(fā)展延續(xù)的基石，隨著人類歷史發(fā)展進程的進行，人類對能源的需求量持續(xù)增長。從原始社會開始，到工業(yè)革命普及前的農(nóng)耕時代，人類對能源的需求很小，能利用的能源也僅限于自然能源，如風(fēng)能、水能、人力、畜力等。工業(yè)革命后，人類社會經(jīng)歷了從“煤炭時代”到現(xiàn)在的“石油天然氣時代的變遷發(fā)展。隨著人類社會發(fā)展變遷，化石能源需求激增，隨著不可再生的化石能源的急劇消耗，人類不得不面對一系列嚴(yán)重的問題。如：化石燃料利用過程中產(chǎn)生的各種環(huán)境問題、化石燃料即將枯竭的問題，甚至更為嚴(yán)重的能源戰(zhàn)爭。面對嚴(yán)峻的能源環(huán)境問題，世界各國一方面想方設(shè)法增加自己的化石能源儲備，以解燃眉之急；另一方面積極鼓勵科學(xué)家開展新型可再生能源相關(guān)的科學(xué)研究，以期能夠調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，，從根本上解決能源環(huán)境問題。圖 1.1 可以很清晰的看到全球光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

清潔能源太陽能具有取之不盡、用之不竭的優(yōu)點，據(jù)統(tǒng)計，每年到達地球表面的太陽能相當(dāng)于 130 萬億噸煤燃燒釋放的能量。同時，太陽能也是最清潔的能源，且便于獲得。隨著人類社會的發(fā)展，化石能源的儲備逐漸減少，太陽能將會越來越受到重視。而且，到達地球表面的太陽能并不會因為時間的流逝而減少，反而太陽能利用技術(shù)將會隨著科技的進步逐漸發(fā)展，使得太陽能利用成本降低圖 1.2 展示了晶體硅太陽能電池發(fā)電成本的變化趨勢。因此，太陽能是一種十分具有發(fā)展前景的清潔能源。大力發(fā)展太陽能利用技術(shù)將是調(diào)整人類現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)的重要途徑，對人類社會的可持續(xù)發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

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