自2009年以來,有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池便以驚人的速度發(fā)展,引起科學界的廣泛關(guān)注。有機-無機雜化鈣鈦礦材料具有諸多優(yōu)良的特性,包括:激子結(jié)合能小、載流子擴散長度大、載流子遷移率高和復(fù)合率低、帶隙合適以及不含稀有元素等。這些特性使得鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率在短短幾年內(nèi)從3.8%提高到22.7%,已經(jīng)超過了多晶硅電池和薄膜太陽能電池,并且穩(wěn)定性也在穩(wěn)步提升。雖然鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)超越20%,但是距離真正的商業(yè)化卻有很長的路要走。主要是由于目前鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝的重復(fù)性、器件的穩(wěn)定性以及回滯效應(yīng)等問題仍沒得到很好的解決。目前,高效的鈣鈦礦電池大多采用氯苯、甲苯等有毒的反溶劑用一步法進行制備。但是,采用這些反溶劑,使得器件的制備過程存在毒性大、成本高昂、重復(fù)性差以及對制備條件要求高的缺點。目前缺乏制備工藝重復(fù)性好且對環(huán)境條件依賴小的反溶劑,這嚴重制約了鈣鈦礦電池的應(yīng)用。而且,目前效率最高的鈣鈦礦太陽能電池均為傳統(tǒng)的正置結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)大多采用Ti02為電子傳輸層。但是TiO2本身的電子遷移率低,導(dǎo)致電子在界面積累使得電池具有很明顯的回滯現(xiàn)象,從而大大影響了對電池性能的準確評估;并且Ti02本身具有光催化特性,在紫外光的照射下,會產(chǎn)生氧空位,加速鈣鈦礦的分解,同時產(chǎn)生深陷態(tài)進而成為復(fù)合的中心使電池的效率和穩(wěn)定性降低。針對鈣鈦礦電池的制備工藝采用有毒的反溶劑和重復(fù)性不好以及Ti02電子傳輸層的缺點,本文采用新型綠色反溶劑制備高效率、重復(fù)性高的鈣鈦礦太陽能電池,且采用新型富勒烯吡咯烷衍生物對Ti02界面層進行修飾,主要開展了以下兩個方面的工作.:(1)首次采用綠色溶劑異丙醚作為反溶劑制備鈣鈦礦太陽電池。與傳統(tǒng)反溶劑(甲苯、氯苯、氯仿等)相比,采用異丙醚制備的鈣鈦礦薄膜晶粒更大、結(jié)晶性更好,并且具有更少的缺陷,器件的最高效率達到了 19.07%。我們也制備了 60個器件去驗證電池的重復(fù)性,結(jié)果顯示電池的平均效率為17.67%±0.54,重復(fù)性非常高。與乙醚相比,異丙醚具有更高的沸點(68.3℃),這也使得基于異丙醚的器件能夠耐受更高的環(huán)境溫度。我們在環(huán)境溫度為40℃的條件下進行器件的制備,發(fā)現(xiàn)電池的效率仍然高達16.75%,使得異丙醚很適合作為反溶劑用于鈣鈦礦電池的大規(guī)模生產(chǎn)。(2)采用化學合成的方法合成出富勒烯吡咯烷衍生物(FPTPA)并將其作為Ti02修飾材料用在鈣鈦礦太陽能電池中。研究發(fā)現(xiàn),經(jīng)過FPTPA修飾后的鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性和薄膜質(zhì)量得到大大提高,且薄膜中的缺陷也更少。針對Ti02本身電子遷移率低的問題,FPTPA也能有效的提高電子的傳輸,使得器件的最高效率達到19.11%。同時,由于FPTPA對Ti02的鈍化作用,使得鈣鈦礦電池的回滯現(xiàn)象大大減小,器件的光穩(wěn)定性也得到很大提高。
【學位單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TM914.4
【部分圖文】：

敏化太陽能電池最高轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到１３％，而且有機小分子和聚合物電池的光逡逑電效率也都己突破１０％［１３４５］，這兩類電池基本達到了產(chǎn)業(yè)化的要求。但是器件的逡逑穩(wěn)定性差和效率不夠高仍是制約著他們發(fā)展。圖１．１所示是美國可再生能源國家逡逑實驗室（ＮＲＥＬ）于２０１７年最新發(fā)布的各類太陽能電池的最高效率［１６］，從圖中可以逡逑看出，新型第三代太陽能電池的效率仍在穩(wěn)步上升中。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ邐ＵＮＲＥＬ逡逑５２．邐二——逡逑ｉＥ—邐

本文編號：2828136