【摘要】：近年來(lái),有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池吸引了各界的廣泛關(guān)注,其效率已由最初的3.81%迅速突破22.7%。該類材料具有大的消光系數(shù)、長(zhǎng)的載流子遷移距離、高的電荷遷移率、兩極電荷傳輸特性、帶隙可調(diào)以及缺陷態(tài)密度低等優(yōu)點(diǎn),因此在光電器件中有極大的應(yīng)用前景。目前,制約其發(fā)展的關(guān)鍵問(wèn)題有能量轉(zhuǎn)換效率,電池穩(wěn)定性以及器件制備成本,而解決這些問(wèn)題可以從提高鈣鈦礦吸光層薄膜的質(zhì)量,改變鈣鈦礦材料的組成成分,開(kāi)發(fā)新型界面材料,優(yōu)化電池的制備過(guò)程等方面入手。本論文通過(guò)開(kāi)發(fā)性能優(yōu)異的界面材料,采用新型廉價(jià)添加劑優(yōu)化鈣鈦礦吸光層薄膜的質(zhì)量,進(jìn)而使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能得到了顯著的提升。論文的主要成果如下:(1)創(chuàng)新性地將廉價(jià)、高遷移率的碳材料——氧化石墨烯(GO)和成膜性較好的PEDOT:PSS復(fù)合,并通過(guò)溶液旋涂法在摻銦的氧化錫(ITO)導(dǎo)電玻璃上制備了不同濃度GO摻雜的PEDOT:PSS薄膜。研究發(fā)現(xiàn)500 uL GO摻雜后制備的PEDOT:PSS薄膜表面覆蓋率高、粗糙度小、透光率高,且空穴遷移率相較于原始的PEDOT:PSS薄膜(5.55×10-5cm2V-1s-1)提升到1.57×10-4cm2V-1s-1,提高了約一個(gè)數(shù)量級(jí)。(2)利用GO摻雜的PEDOT:PSS薄膜作為空穴傳輸層,成功制備了高效率反式結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件。相比于原始的PEDOT:PSS空穴傳輸層,摻雜后電池的漏電流顯著減小,致使開(kāi)路電壓增加,效率提高了將近20%。研究發(fā)現(xiàn),GO摻雜后薄膜具有較高的透過(guò)率和空穴遷移率,可以較快地從鈣鈦礦吸光層中收集和提取空穴,減少了電荷復(fù)合,從而提高了電池器件的短路電流密度和填充因子。(3)利用 1,8-辛二硫醇作為[HC(NH2)2]0.95Cs0.05PbI3(FA0.95Cs0.05PbI3)鈣鈦礦吸收層添加劑,通過(guò)優(yōu)化1,8-辛二硫醇的濃度,制備了結(jié)晶度較高、表面粗糙度較小、晶粒尺寸較大、缺陷態(tài)密度較低、載流子壽命較長(zhǎng)的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。研究表明,1,8-辛二硫醇中的硫原子在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中和Pb2+進(jìn)行鰲合,并形成Pb-S鰲合中間體,從而降低了鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過(guò)程中吉布斯自由能�；诖吮∧�,成功制備了平板型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池,其滯后效應(yīng)明顯減小,獲得了優(yōu)異的光電性能,電池效率從18.39%提高至19.36%。
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM914.4
【圖文】：

１．２鈣鈦礦太陽(yáng)能電池逡逑鈣鈦礦太陽(yáng)能電池是新起之秀，這類電池最早的光電轉(zhuǎn)換效率只有３．８％，至逡逑２０１８年為止，不到十年的時(shí)間，其效率己經(jīng)突破２２％，如圖１－２。正因?yàn)樾实耐伙w逡逑猛進(jìn)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池獲得了兩大著名學(xué)術(shù)刊物《Ｓｃｉｅｎｃｅ》和《Ｎａｔｕｒｅ》的關(guān)注。逡逑鈣鈦礦電池發(fā)展迅速，得益于鈣鈦礦材料來(lái)源廣泛易得，且具有較大的光吸收系數(shù)、逡逑合適的禁帶寬度、極低的缺陷態(tài)密度、較高的載流子遷移率、以及較長(zhǎng)的電荷擴(kuò)散逡逑長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)［１１，１２］。除此之外，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池同目前的硅電池以及薄膜電池相逡逑比，擁有更加簡(jiǎn)單的制備工藝，制備成本大大下降，有較大的商業(yè)化潛力及市場(chǎng)應(yīng)逡逑用前景。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ邐□邋ＮＲＥＬ逡逑５２１邐逡逑Ｍｕｌｔｉｊｕｎｃｔｉｏｎ邋Ｃｅｌｌ＊邋（２邋ｌｅ＜ｎｗｉ８ｌ，邋ｍｏｎｏＳｔｈｉｃ）邋Ｔｈｌｎ－Ｆｌｌｍ邋Ｔ？ｄｉｎｏｌｏｇｌｅｔ邐Ｓｈ＊Ｐ逡逑．．邋Ｌ？－ｌ？ｏｅｒＴ？ｆ？ａ邐Ｏ邋ＣＩＧＳｌｃａｎｃｃｎｔｍｔｏｃ）邐ＢｌＶＨｎｏ邐（ＷＭ．３０２Ｘ）逡逑４４邋－邋Ｔ邋ＴｈｗｉｕｒＫｆｃｎｔｏｏｎ－ｅｏｎａｎＷｔｏｆ）邐ＥｍｔｆＢｍｆｌ邋ＰＶ邐？，，／邐＇？？邐＜０６．邐＂邐？邋ＢＳＨＶ逡逑Ａ邋Ｔｗ0＞ｍｃｔｗ（ｃｏｎｏｅｎ？＊（0ｔ）邐0邋Ｄ）Ｗ－Ｍｎ？ｕ？ｄ邋ｎＭｋ邐ＮＲａ逡逑Ａ邋＾Ｈｕｎ0ｏｎ‘ｎｏｎ＜ｗ？ｏｒｔｔｅ｜邐0邐（ｎｏｔｕＭｎｄｌ邐咖１逡逑４０邋＿邋口邋ｆｏｕｒ＾ｌ＾ｏｃｍｏｒ＊｜ｎｏ＜ｖｏｏｎ（ａｎｌｔＭ0ｆ）邋ｔ邐＾邐ＳｐｅｄＳｂ＇Ｍ逡逑ＣｒｙｔＵｌＨｏ＾ＣｔＵｔ邐？邋ｆ邋

逡逑具有ＡＢＸ３型晶體結(jié)構(gòu)的材料稱之為鈣鈦礦。如圖１－３所示，ＢＸ６正八面體結(jié)構(gòu)由元逡逑素Ｂ和兀素Ｘ共同構(gòu)成，八面體和八面體之間通過(guò)共用一個(gè)頂點(diǎn)Ｘ進(jìn)行連接，從而逡逑構(gòu)成三維骨架結(jié)構(gòu)，在整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中Ａ的嵌入使晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。其中，Ａ—逡逑般為Ｃｓ＋、ＣＨ３ＮＨ３＋邋（ＭＡ）、ＮＨ２ＣＨ：ＮＨ２＋邋（ＦＡ）等較大的陽(yáng)離子；Ｂ為Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋、逡逑Ｔｉ４＋、Ｂｉ３＋等金屬陽(yáng)離子；Ｘ為ｃｒ、Ｂｒ、ｒ、0２－等非金屬陰離子。逡逑滿逡逑圖１－３邋ＡＢＸ３鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＡＢＸ３邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ．逡逑根據(jù)Ａ基團(tuán)的不同，可以將鈣鈦礦分為無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料和有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化鈣鈦逡逑礦材料，如ＣｓＰｂＩ３是純無(wú)機(jī)鈣鈦礦；而ＭＡＰｂＩ３是有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦，值得一提逡逑的是，它的禁帶寬度為１．５５邋ｅＶ，能較好的滿足可見(jiàn)光吸收對(duì)帶隙的要求，利用其逡逑制作的電池效率較無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料高。此外，ＭＡＰｂｌ３材料成膜工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)低逡逑溫溶液旋涂工藝，易制備高結(jié)晶度、低缺陷態(tài)密度、光滑致密、無(wú)針孔的鈣鈦礦吸逡逑光薄膜。這使得有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦材料成為鈣鈦礦電池的重點(diǎn)研宄對(duì)象。另逡逑夕卜

逡逑具有ＡＢＸ３型晶體結(jié)構(gòu)的材料稱之為鈣鈦礦。如圖１－３所示，ＢＸ６正八面體結(jié)構(gòu)由元逡逑素Ｂ和兀素Ｘ共同構(gòu)成，八面體和八面體之間通過(guò)共用一個(gè)頂點(diǎn)Ｘ進(jìn)行連接，從而逡逑構(gòu)成三維骨架結(jié)構(gòu)，在整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中Ａ的嵌入使晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。其中，Ａ—逡逑般為Ｃｓ＋、ＣＨ３ＮＨ３＋邋（ＭＡ）、ＮＨ２ＣＨ：ＮＨ２＋邋（ＦＡ）等較大的陽(yáng)離子；Ｂ為Ｐｂ２＋、Ｓｎ２＋、逡逑Ｔｉ４＋、Ｂｉ３＋等金屬陽(yáng)離子；Ｘ為ｃｒ、Ｂｒ、ｒ、0２－等非金屬陰離子。逡逑滿逡逑圖１－３邋ＡＢＸ３鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)。逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－３邋Ｔｈｅ邋Ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ＡＢＸ３邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ．逡逑根據(jù)Ａ基團(tuán)的不同，可以將鈣鈦礦分為無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料和有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化鈣鈦逡逑礦材料，如ＣｓＰｂＩ３是純無(wú)機(jī)鈣鈦礦；而ＭＡＰｂＩ３是有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦，值得一提逡逑的是，它的禁帶寬度為１．５５邋ｅＶ，能較好的滿足可見(jiàn)光吸收對(duì)帶隙的要求，利用其逡逑制作的電池效率較無(wú)機(jī)鈣鈦礦材料高。此外，ＭＡＰｂｌ３材料成膜工藝簡(jiǎn)單，通過(guò)低逡逑溫溶液旋涂工藝，易制備高結(jié)晶度、低缺陷態(tài)密度、光滑致密、無(wú)針孔的鈣鈦礦吸逡逑光薄膜。這使得有機(jī)－無(wú)機(jī)雜化的鈣鈦礦材料成為鈣鈦礦電池的重點(diǎn)研宄對(duì)象。另逡逑夕卜

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本文編號(hào)：2783247