有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物鈣鈦礦材料因其非常高的消光系數(shù)、可調(diào)的直接帶隙、高的電荷遷移率、豐富的材料儲(chǔ)備等特點(diǎn),近年來(lái)受到世界各國(guó)研究者的廣泛關(guān)注。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池自從2009年首次報(bào)道以來(lái),在短短幾年內(nèi)光電轉(zhuǎn)換效率就從3.8%上升到目前22.7%的權(quán)威認(rèn)證效率。然而,穩(wěn)定性問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的商業(yè)化進(jìn)程。其中,鈣鈦礦材料本身的穩(wěn)定性是重中之重。因此,本文通過(guò)開發(fā)新型鈣鈦礦吸光層的制備技術(shù),發(fā)展結(jié)構(gòu)新穎的二維結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料以及設(shè)計(jì)鈣鈦礦吸光層結(jié)構(gòu)使鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的能量轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性得到顯著提升。取得的主要成果如下:(1)開發(fā)了雙源共蒸技術(shù)制備MA1-xCsxPbI3鈣鈦礦薄膜,得到了均勻、完全覆蓋基底表面的、無(wú)孔洞鈣鈦礦薄膜。通過(guò)調(diào)節(jié)Cs的摻雜比例,得到了不同帶隙的優(yōu)質(zhì)鈣鈦礦薄膜,帶隙在1.605-1.651 eV之間可調(diào)。通過(guò)優(yōu)化,最后確認(rèn)在最佳組成MA0.77Cs0.23PbI3條件下,制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率高達(dá)20.13%。該方法不僅薄膜性能優(yōu)異,電池效率高,重復(fù)性好,而且電池具有非常好的穩(wěn)定性。將未封裝器件在大氣氣氛中放置一年后,效率仍然保持在19.25%(短路電流密度(Jsc)= 23.38mAcm-2,開路電壓(Voc)=1.09V,填充因子(FF)=0.75),衰減率僅 4.37%。(2)利用二維鈣鈦礦BA2PbI4在高溫退火后得到有序的二維PbI2模板,將其置于MAI粉末上熏蒸制備MA2PbI4二維鈣鈦礦。通過(guò)XRD,SEM,GIWAXS測(cè)試表明我們通過(guò)蒸汽輔助模板法成功制備了高質(zhì)量的二維甲胺基鈣鈦礦薄膜。材料有以下優(yōu)點(diǎn):電荷垂直于基底定向傳輸、窄帶隙、低量子阱密度,疏水性好,基于此二維鈣鈦礦材料的器件獲得了高達(dá)16.95%的電池效率(權(quán)威認(rèn)證效率為16.70%),是目前二維鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的最高效率。更重要的是,與三維鈣鈦礦電池相比,器件的穩(wěn)定性得到了顯著提高。未封裝的電池在室溫下相對(duì)濕度為55%的容器中保存210天,效率仍然能夠保持在初始效率的96.6%。(3)探索了一種通過(guò)簡(jiǎn)單一步旋涂工藝,利用長(zhǎng)烷基鏈添加劑PEAI縮小晶界的新技術(shù)。在這種方法中,一種“片狀”的鈣鈦礦結(jié)晶穿插在FA0.95Cs0.05PbI3鈣鈦礦晶界之間。使用長(zhǎng)鏈烷基鏈PEAI進(jìn)一步修飾薄膜的形貌,并提高鈣鈦礦的結(jié)晶性。鈣鈦礦的高結(jié)晶性和片狀鈣鈦礦穿插晶界的結(jié)構(gòu)可以有效地提高器件的效率和穩(wěn)定性。制備的電池效率達(dá)到20.52%,且穩(wěn)定性得到顯著提升。此鈣鈦礦電池在溫度為30℃,濕度為85%環(huán)境下放置200h后,仍可保持原有效率的80%以上;在100℃下持續(xù)退火500小時(shí)后也能保持初始效率的80%以上。據(jù)我們所知,本研究中鈣鈦礦薄膜的濕度穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性都是目前最好的。
【學(xué)位單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

的方式連接，有機(jī)胺陽(yáng)離子Ａ雙分子層通過(guò)氫鍵鍵合到無(wú)機(jī)層的鹵素上，有機(jī)銨逡逑的尾端延伸到無(wú)機(jī)層間的空隙中，經(jīng)范德華力將該結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。形成有機(jī)層與逡逑無(wú)機(jī)層相互交疊的穩(wěn)定二維有機(jī)／無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，具體如圖１．２所示。Ｗ逡逑２逡逑

邐２０１８逡逑Ｙｅａｒ逡逑圖１．３有機(jī)／無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦電池研宄發(fā)展歷程逡逑Ｆｉｇ．邋１．３邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ邋ａｎｄ邋ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｓｏｌａｒ邋ｃｅｌｌｓ逡逑３逡逑

＃＃＃＃逡逑％％％％逡逑圖１．２有機(jī)／無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦Ａ２ＭＸ４的晶體結(jié)構(gòu)逡逑Ｆｉｇ．邋１．２邋Ｔｈｅ邋ｃｒｙｓｔａｌ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋Ａ２ＭＸ４逡逑１．１．４有機(jī)／無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)電池發(fā)展逡逑２５１邐２２．７％（ＫＲＩＣＴ逡逑２２．１邋％（ＫＲＩＣＴ／ＵＮＩ

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本文編號(hào)：2815648