【摘要】：有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料擁有雙極性輸運(yùn)、吸光系數(shù)高、制備簡便和成本低廉等優(yōu)點得到快速發(fā)展,基于鈣鈦礦材料的鈣鈦礦太陽能電池已成為光伏領(lǐng)域最熱門的研究方向,其光電轉(zhuǎn)化效率不斷刷新記錄,目前達(dá)到了22.7%的認(rèn)證效率。在不同鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)中,平面反向鈣鈦礦太陽能電池因其結(jié)構(gòu)簡單、制備工藝簡便而受到越來越多的關(guān)注�？昭▊鬏攲幼鳛殡姵亟Y(jié)構(gòu)重要組成部分,其材料的選擇直接影響電池的性能。氧化鎳(NiO_x)擁有與鈣鈦礦活性層能級匹配、穩(wěn)定性高和成本低廉等優(yōu)點,成為目前鈣鈦礦太陽能電池中最常用的無機(jī)空穴傳輸材料。與有機(jī)空穴傳輸材料相比,NiO_x本身導(dǎo)電性能不夠理想,從而影響了鈣鈦礦太陽能電池的效率。金屬元素?fù)诫s可以簡單有效地提高NiO_x導(dǎo)電性。本文采用化學(xué)沉淀法制備Cu摻雜NiO_x(Cu:NiO_x)納米粒子,并通過室溫溶液法即可得到Cu:NiO_x納米粒子薄膜,整個過程無需額外加熱退火。以Cu:NiO_x納米粒子薄膜為空穴傳輸層,分別制備在玻璃襯底和柔性襯底上制備了鈣鈦礦太陽能電池。具體研究內(nèi)容如下:首先,采用化學(xué)沉淀法制備了Cu:NiO_x納米粒子,實驗發(fā)現(xiàn),所制備的Cu:NiO_x納米粒子在水溶液中具有良好的分散性,且溶液穩(wěn)定性好。對所制備的納米粒子進(jìn)行X射線衍射分析和透射電子顯微鏡觀察,結(jié)果表明,Cu元素的摻入會導(dǎo)致NiO晶格間距增大,相比于未摻雜的NiO_x納米粒子,Cu:NiO_x納米粒子的尺寸減小。進(jìn)一步地,采用室溫溶液法制備納米薄膜,研究發(fā)現(xiàn),相比于未摻雜的NiO_x薄膜,Cu:NiO_x薄膜更為致密、光滑、平整。此外,Cu摻雜還能有效提升薄膜的導(dǎo)電性,薄膜的空穴遷移率從未摻雜時的3.05×10~(-3) cm~2/(V·S)提高到1.05×10~(-2) cm~2/(V·S)。隨后,將所制備的Cu:NiO_x薄膜作為空穴傳輸層應(yīng)用于平面反向鈣鈦礦太陽能電池中。結(jié)果表明,在Cu:NiO_x空穴傳輸層上制備的鈣鈦礦薄膜更加致密,且晶粒增大,吸光強(qiáng)度隨之提高。相比于純NiO_x空穴傳輸層,Cu:NiO_x空穴傳輸層對空穴的提取和傳輸效率更高,所制備的鈣鈦礦太陽能電池未摻雜時效率為15.87%,當(dāng)采用摻雜量為2%的Cu:NiO_x空穴傳輸層時所制備的器件效率提高到18.66%,并且遲滯效應(yīng)得到明顯抑制。穩(wěn)定性實驗表明,在相同環(huán)境下,Cu:NiO_x基器件的穩(wěn)定性得到加強(qiáng)。此外,根據(jù)該Cu:NiO_x空穴傳輸層的室溫溶液法制備,且無需退火的特點,本文以其為基礎(chǔ),制備出高效大面積柔性鈣鈦礦太陽能電池。Cu:NiO_x在柔性鈣鈦礦太陽能電池中同樣表現(xiàn)出良好的性能。當(dāng)電池有效面積為0.10 cm~2時,Cu:NiO_x基柔性電池最高效率達(dá)到17.16%,而NiO_x基電池效率僅14.27%;有效面積為1.08 cm~2時,柔性電池的效率從NiO_x基電池的12.29%提高到Cu:NiO_x基電池的15.42%。
【學(xué)位授予單位】：南昌大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

圖 1.1 美國可再生能源實驗室 2018 年 1 月發(fā)布的太陽能電池效率圖[22]Figure 1.1 Solar cell efficiency chart by National Renewable Energy Laboratory in January2018[22]經(jīng)過研究人員不斷的優(yōu)化，2016 年出現(xiàn)認(rèn)證效率 22.1%的鈣鈦礦太陽能電池，具體為 Soek 等人[23]在混合鈣鈦礦[(FAPbI3)1-x(MAPbBr)x]中引入微量碘離子，改善了鈣鈦礦薄膜的缺陷態(tài)密度，電池效率突破性地達(dá)到 22.1%，并在大面積（1cm2）電池上做到 19.7%的效率，該成果在 2017 年發(fā)布。最近，鈣鈦礦太陽能電

第 1 章 緒論組成正八面體結(jié)構(gòu)，B 陽離子位于八面體中心，八個 A 陽離子以構(gòu)，X 陰離子為正方體各面中心，這樣形成三維的鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)料作為活性層時，A 代表有機(jī)陽離子基團(tuán)、金屬陽離子或者其中兩甲胺離子（CH3NH3+，MA+）、甲脒離子（HC(NH2)2+，F(xiàn)A+）和 Pb2+、Sn2+等金屬陽離子或者混合物；X 代表 I-、Br-、Cl-等鹵素元混合物。

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