【摘要】：近幾年來,鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其在光吸收能力,可溶液制備和光電轉(zhuǎn)換效率等方面的優(yōu)勢被認為是最具潛力的新型太陽能電池之一。截止到2017年,其光電轉(zhuǎn)換效率在短短幾年內(nèi)由最初的3.8%迅速提升到22.7%。但是通常情況下,高效PSCs大部分都是采用高溫條件下制備的Ti02電子傳輸層,以及經(jīng)退火處理得到的高結(jié)晶性鈣鈦礦光吸收層。本文以降低工藝溫度和提高PSCs光電轉(zhuǎn)換效率為出發(fā)點,對PSCs關(guān)鍵材料鈣鈦礦吸光層進行了詳細研究。選取低溫溶液自制的ZnO為電子傳輸層,集成了良好熱穩(wěn)定性的混合陽離子PSCs。在此基礎(chǔ)上,進一步探索室溫下制備鈣鈦礦吸光層的方法,以實現(xiàn)整個電池器件的低溫制備。具體研究進展如下:(1)以 CH3(NH2)2PbI3(FAPbI3)鈣鈦礦為基礎(chǔ),摻雜 CH3NH3+(MA)和Cs+(Cs)并精細調(diào)控其摻雜量及退火溫度,制備出高結(jié)晶性的黑色相鈣鈦礦光吸收層,集成高效PSCs。針對三種不同組分(FAPbI3,FA1-xCsxPbI3,MA0.85-yFAyCs0.15PbI3)的鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)、形貌和電化學特性等進行分析,發(fā)現(xiàn)摻雜Cs和MA能提高黑色相的結(jié)晶性,減小鈣鈦礦薄膜的表面粗糙度,抑制界面間電荷復(fù)合和提高電荷傳輸性能,因此,提高了電池的填充因子和短路電流密度。MA0.1FA0.75Cs0.15PbI3 PSCs具有最佳性能,其光電轉(zhuǎn)換效率為20.09%,接近目前文獻中報道的以Ti02為電子傳輸層的最高效率(22.1%),且展示了很好的重現(xiàn)性,在1000h內(nèi)維持很好的穩(wěn)定性。在此基礎(chǔ)上,通過在鈣鈦礦中摻雜少量Br使得電池效率進一步提升至20.44%。(2)通過對室溫條件下合成的多組分鈣鈦礦薄膜的光電性能研究,發(fā)現(xiàn)精細調(diào)控Br的量可實現(xiàn)夏季和冬季室溫下生成高結(jié)晶性的鈣鈦礦薄膜。在夏季室溫條件下(35-40 ℃),Br的加入能抑制黃色相的生成,促進黑色相鈣鈦礦的結(jié)晶性,MA0.1FA0.75Cs0.15PbI2.8Br0.2(Br-0.2)時PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率最高,效率高達19.59%,接近經(jīng)高溫退火后鈣鈦礦的最佳效率。而且,Br的加入可以明顯提升不退火鈣鈦礦的穩(wěn)定性。但是,當冬季室溫降低到20-25 ℃時,Br-0.2時依然有黃色相的存在,其效率下降到15.15%。繼續(xù)增加Br的量,當鈣鈦礦的組分為MA0.1FA0.75Cs0.15PbI2.5Br0.5(Br-0.5)時,黃色相完全消失,只有純的黑色相鈣鈦礦,最佳性能的Br-0.5的光電轉(zhuǎn)換效率達到17.53%。因此,當溫度降低時增加Br的量能形成純的黑色相鈣鈦礦,這更加證明了 Br能促進室溫下形成黑色相鈣鈦礦。
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM914.4
【圖文】：

圖１－３邋—步法和兩步法合成ＭＡＰｂｈ鈣鈦礦示意圖逡逑Ｆｉｇ．１－３邋Ｔｈｅ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ＭＡＰｂｈ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｂｙ邋ｏｎｅ－ｓｔｅｐ邋ａｎｄ邋ｔｗｏ－ｓｔｅｐ逡逑

圖１－４邋ＰＳＣｓ工作原理示意圖逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＰＳＣｓ逡逑

APbI3鈣欽礦的容忍因子Fig.I-7TolerancefactorofAPb13perovskite

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本文編號：2751908