【摘要】：針對目前鈣鈦礦太陽能電池中有機空穴傳輸材料化學性質不穩(wěn)定、金電極昂貴等問題,本文旨在制備一種價格低廉、化學性質穩(wěn)定的無機空穴傳輸材料來取代昂貴的有機空穴傳輸材料,同時,制備碳基復合材料作為對電極,以摒棄金電極的使用。本文采用金屬醇鹽法制備了Ni-EG螯合物/rGO前驅體,通過對該前驅體采用不同的工藝進行煅燒可以制得不同的碳基復合材料。通過改變Ni-EG螯合物/rGO前驅體煅燒的溫度、時間、氣氛、以及在煅燒時加入碳源,可以制得不同組織結構的NiO/rGO、Ni/rGO和Ni/CNTs/rGO復合材料。采用XRD、SEM和TEM對不同工藝制得的碳基復合材料的表面形貌、物相成分以及組織結構進行了表征分析。通過將NiO/rGO作為空穴傳輸材料、將Ni/rGO和Ni/CNTs/rGO作為對電極應用到鈣鈦礦太陽能電池器件上,探究了不同組織結構的碳基復合材料對電池器件光伏性能的影響。通過改變Ni-EG螯合物/rGO前驅體在空氣氣氛中煅燒的溫度(一步煅燒),可以得到物相純凈的NiO/rGO產(chǎn)物,且當煅燒溫度為300℃時,rGO表面可以負載致密的納米晶NiO,粒徑約為5nm。改變Ni-EG螯合物/rGO前驅體煅燒的工序,即先將該前驅體在H2氣氛中煅燒還原、然后在空氣氣氛中煅燒氧化(兩步煅燒),可以使rGO表面負載約100nm粒徑的NiO顆粒。改變Ni-EG螯合物/rGO前驅體在H2氣氛中的煅燒溫度,可以制得Ni/rGO復合材料,且400℃煅燒比500℃煅燒得到的Ni/rGO片層團聚少,Ni顆粒在rGO表面負載的更均勻。Ni-EG螯合物/rGO前驅體在H2氣氛中煅燒的同時加入二氰二胺作為碳源,可以制備Ni/CNTs/rGO復合材料,能夠達到rGO表面同時負載Ni和CNTs的效果。本文探究并優(yōu)化了常規(guī)鈣鈦礦太陽能電池器件的制作工藝,并對其組織結構與性能的關系進行了闡述說明。在此基礎上,分別將一步煅燒、兩步煅燒制得的NiO/rGO作為空穴傳輸材料應用到鈣鈦礦太陽能電池器件中,結果表明,基于一步煅燒(300℃/1h、空氣氣氛)制得的NiO/rGO用作空穴傳輸層的電池效率達到了4.13%,實現(xiàn)了NiO/rGO復合材料在鈣鈦礦太陽能電池器件的成功應用。將Ni-EG螯合物/rGO前驅體在400℃和500℃、H2氣氛中煅燒制得的Ni/rGO作為對電極,以及將CNTs改性得到的Ni/CNTs/rGO作為對電極材料應用到鈣鈦礦太陽能電池中,結果表明,噴涂400℃煅燒制得的Ni/rGO可使其與鈣鈦礦層形成較好的界面結合,相應的電池效率達到4.24%。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文轉換效率達到 9.7%。在 2013 年，Liu 等人[4]采用氣相沉積法制備出了平面異質結結構的鈣鈦礦太陽能電池，效率達到 15.4%。2014 年，Yang 等人將 Y 元素的摻雜 TiO2作為電子傳輸層，并通過修飾 ITO 層使其功函數(shù)降低更利于電子傳輸，得到的器件效率達到 19.3%。2015 年，Seok 課題組通過分子交換方法制備出了質量高的 FAPbI3的光活性層，從而取得了 20.1%的效率。Alex Zettl 等人[5]做 出 了 結 構 為 GaN/CH3NH3SnI3/monolayer h-BN/CH3NH3PbI3-xBrx/HTL 和graphene aerogel/Au 的器件，平均效率達到 18.4%，最好的效率能達到 21.7%。Tan 等人[5]通過界面鈍化減少了界面復合，實現(xiàn)了 20.1%轉換效率，在室溫下放置 500 小時后效率仍達到起始效率的 90%。2017 年，Yang 等人[7]通過在有機陽離子溶液中引入額外的碘離子，使得在分子交換過程中減少阱深缺陷的產(chǎn)生，這種方法做出的器件效率經(jīng)過權威機構美國國家能源部可再生能源實驗室(NREL)認證達到了 22.1%。

圖 1-2 鈣鈦礦晶體結構體的結構及穩(wěn)定性是由容差因子 t 和八面體因子 μ公式（1-1）和（1-2）所示：t=RA+RX√2(RB+RX)μ=RBRXA 離子的有效半徑；B 離子的有效半徑；X 離子的有效半徑。鈦礦（X=F、Cl、Br 和 I）而言，通常有 0.81 < 1 時，它是立方結構；如果 t < 0.89，它的結構將斜方結構。除了離子半徑會對鈣鈦礦結構產(chǎn)生影響通常而言，高溫相為立方相。

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本文編號：2727852