【摘要】：隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷快速發(fā)展,人們的生活以及社會的發(fā)展對能源的需求日益擴(kuò)大。然而,隨著化石燃料的逐年耗盡,以及燃燒化石燃料所帶來的諸如環(huán)境污染等副作用,使得現(xiàn)存的不可再生能源不僅無法滿足社會可持續(xù)發(fā)展,而且成為社會潛在的不穩(wěn)定因素之一。因此,發(fā)展清潔、高效的可再生能源與儲能技術(shù)成為當(dāng)今世界多國重點(diǎn)發(fā)展的科學(xué)技術(shù)和舉足輕重的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。在所有的綠色能源中,太陽能以其儲量巨大、綠色環(huán)保、獲取便利而具備無與倫比的發(fā)展?jié)摿�。目�?太陽能電池歷經(jīng)幾代的發(fā)展,從第一代的晶硅太陽能電池發(fā)展至第二代非晶硅薄膜太陽能電池,再到第三代疊層式薄膜太陽能電池,其電池效率不斷提高,電池制備的原料和結(jié)構(gòu)不斷進(jìn)化。在這其中,新型有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池以其輕薄、高效、制備工藝簡單、成本可控等優(yōu)勢脫穎而出,成為當(dāng)前備受關(guān)注的新型光伏器件。它在不到八年的時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了效率從3.8%提高到超過22%,被《科學(xué)》評為2013年度十大科技突破之一。然而,鈣鈦礦太陽能電池目前仍存在一些亟待解決的問題,諸如穩(wěn)定性、材料毒性,以及大面積制備等瓶頸難題。本論文針對當(dāng)前薄膜在制備及穩(wěn)定性等若干問題,擬通過工藝優(yōu)化以及引入物理調(diào)控等方法,改善鈣鈦礦薄膜刮涂法制備過程中的結(jié)晶控制及結(jié)晶質(zhì)量,從而滿足高效鈣鈦礦太陽能電池的低成本及大面積制備。具體研究工作內(nèi)容如下:(1)鈣鈦礦薄膜刮涂法制備工藝優(yōu)化。鈣鈦礦光吸收層是鈣鈦礦太陽能電池的重要組成部分,直接關(guān)系到電池性能的優(yōu)劣。在這一步部分研究中,我們通過自主設(shè)計(jì)、搭建刮涂和刷涂平臺,探索刮涂工藝和不斷改進(jìn)刷頭結(jié)構(gòu),通過手動刮涂法實(shí)現(xiàn)質(zhì)量可觀的薄膜的有效制備;在可自動制備和精準(zhǔn)定位條件下,通過刷涂法制備出光亮平整且結(jié)晶度高的鈣鈦礦薄膜。最后結(jié)合旋涂法,對這三種形膜工藝進(jìn)行總結(jié)和分析比較,分析內(nèi)在機(jī)制原理,為后續(xù)鈣鈦礦薄膜的大面積、高質(zhì)量刮涂制備提供工藝參考。(2)基于溶劑工程的刮涂薄膜生長調(diào)控。溶劑工程被廣泛用于旋涂法制備鈣鈦礦薄膜,但是少有基于刮涂法的溶劑工程研究。在該部分研究中,我們將NMP,DMSO,DMF和GBL等溶劑運(yùn)用于刮涂制備工藝中的薄膜生長調(diào)控,通過研究這些溶劑對鈣鈦礦薄膜的形貌及晶型的影響機(jī)制,系統(tǒng)總結(jié)溶劑工程在刮涂成膜過程中的作用機(jī)理。此外,我們擬以該溶劑工程的調(diào)控為基礎(chǔ),試圖解決當(dāng)前鈣鈦礦薄膜制備過程中的面積限制問題,通過控制薄膜的形核過程來提升大面積鈣鈦礦薄膜的均勻性、結(jié)晶質(zhì)量及器件效率。(3)磁場調(diào)控鈣的鈣鈦礦薄膜生長機(jī)制研究。為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)刮涂法制備鈣鈦礦薄膜過程中的晶體生長有效調(diào)控,以及提升薄膜的均勻一致性。在該部分研究中,我們引入旋轉(zhuǎn)磁場來調(diào)控鈣鈦礦薄膜的生長,通過研究旋轉(zhuǎn)磁場對薄膜的結(jié)晶過程的影響機(jī)制,優(yōu)化薄膜成核密度及晶體生長取向,制備出致密、平整可控的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。在此基礎(chǔ)上,通過研究這種類型的鈣鈦礦薄膜對電池器件的影響,我們獲得基于刮涂法所制備的鈣鈦礦太陽能電池效率超過17.5%,并具有良好的穩(wěn)定性,可在空氣中只有大約5%的損失下穩(wěn)定超過70天。
【圖文】：

隨著人類社會的不斷快速發(fā)展，人們生活需求以及社會生產(chǎn)對能源的需求日逡逑益擴(kuò)大，根據(jù)《ＢＰ世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒２０１６年版》［１］，人們對可再生和不可再生逡逑能源的消耗都在逐年增加，如圖１－１所示。與日俱增的消耗需求亟需相應(yīng)體量的逡逑能源匹配量以及科技水平維持。然而，隨著化石燃料的逐年耗盡以及燃燒化石燃逡逑料的帶來的諸多副作用等不良的后果，不僅無法滿足社會可持續(xù)發(fā)展的需求而且逡逑成為社會不穩(wěn)定的潛在因素，比如二氧化碳的大量排放導(dǎo)致溫室氣體充斥地球而逡逑引發(fā)溫室效應(yīng)，冰川融化導(dǎo)致全球海平面上升，據(jù)報(bào)道至２３００年海平面將上升逡逑０．９米引發(fā)新的危機(jī)［２］；再者導(dǎo)致空氣污染，中國肺癌量居高不下；同時破壞臭逡逑氧層，將人類暴露于輻射射線之下威脅到生命健康。因此，發(fā)展清潔和高效的可逡逑再生能源與儲能技術(shù)成為現(xiàn)在世界多國著重發(fā)展的科學(xué)技術(shù)。逡逑全球消耗量逡逑（單位：百萬噸油當(dāng)最＞邐逡逑■邋？媒炭邐，４０００逡逑■可再生能源逡逑核能邐逡逑■天然氣邋邐＾逡逑石油逡逑ｆ邋＂ＴＳＴ．．廠．

提取層和空穴傳輸運(yùn)層組裝而成的第三代新型薄膜太陽能電池［４］。最早在２００９逡逑年由染料敏化太陽能電池發(fā)展而來，并以快速的姿態(tài)在效率上超過發(fā)展較早的染逡逑料敏化太陽能電池和有機(jī)太陽能電池（如圖１－２）邋［５］。具體發(fā)展歷程為：２００９年，逡逑日本桐蔭橫濱大學(xué)Ｍｉｙａｓａｋａ課題組首次將ＭＡＰｂＢｒ３和ＭＡＰｂＩ３兩種有機(jī)－無機(jī)雜逡逑化鈣鈦礦使用在染料敏化太陽能電池的光敏層上［６］，以１０微米厚的介孔１１０２作逡逑為光電極，輔以碘離子和溴離子的乙腈溶液為電解液，制備出首個廣義上的鈣鈦逡逑礦太陽能電池（如圖１－３）。盡管初始光電轉(zhuǎn)化效率（３．８％）和穩(wěn)定性較差，但逡逑該項(xiàng)研宄打開了鈣鈦礦電池研宄的大門。之后２０１１年，韓國成均館大學(xué)Ｐａｒｋ課逡逑題組從原材料和傳輸機(jī)理出發(fā)，在此基礎(chǔ)上開展更細(xì)致的研究，，將乙酸乙酯引入逡逑至電解液中并對其改進(jìn)，同時對敏化劑（ＭＡＰｂＩ３）進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化，制備出ＭＡＰｂＩ３逡逑量子點(diǎn)，通過調(diào)控介孔Ｔｉ０２光陽極厚度以及在沉積之前進(jìn)行表面處理，成功研逡逑制出鈣鈦礦量子點(diǎn)敏化太陽能電池
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

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

2 梁昌鑫;陳孝祺;;太陽能電池現(xiàn)狀及其發(fā)展前景[J];上海電機(jī)學(xué)院學(xué)報(bào);2010年03期

本文編號：2698789