【摘要】：新型能源的研究和開發(fā)在當(dāng)今能源緊缺的社會(huì)已是志在必行了。在地球有限的壽命內(nèi),太陽(yáng)就是一個(gè)永不枯竭的能量源泉,免費(fèi)清澈的能流涌動(dòng)在地球的每一個(gè)角落。而鈣鈦礦太陽(yáng)能電池(PSC)的研究正是這股洪流中發(fā)展最為突飛猛進(jìn)的一個(gè)。本論文主要研究的是以性能更加優(yōu)秀、成本更低的無(wú)機(jī)空穴材料NiO來替代傳統(tǒng)的反式結(jié)構(gòu)中的PEDOT:PSS和正式結(jié)構(gòu)中的spiro-OMeTAD,并將其應(yīng)用到反式結(jié)構(gòu)的PSCs中。研究主要從三個(gè)方面開展:(1)采用簡(jiǎn)易溫和的溶膠-凝膠法合成出鎳溶膠前驅(qū)液并應(yīng)用至PSCs中。通過調(diào)控此前驅(qū)液的濃度探索出最優(yōu)厚度,并采用多種表征手段如J-V特性曲線、IPCE、電鏡等進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明,最優(yōu)厚度為46nm,制備的Ni0薄膜層非常連續(xù)致密,光電轉(zhuǎn)化率可達(dá)14%以上。(2)采用乙酰丙酮鎳、油胺和甲苯等簡(jiǎn)單的材料,輔以溶劑熱法成功的合成出高結(jié)晶性和高純度的NiO納米晶前驅(qū)液。研究中以不同前驅(qū)液濃度來制備NiO薄層并應(yīng)用到PSCs器件中,通過測(cè)試光電性能可知5 mg/ml為最優(yōu)濃度,此時(shí)厚度為55nm,光電轉(zhuǎn)化率提高到15.47%。通過對(duì)比基于PEDOT:PSS的器件,基于NiO納米晶的器件能帶來更加優(yōu)秀的光電性能、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性。(3)為了改善基于NiO納米晶的FTO覆蓋度,采用簡(jiǎn)單易合成的TiO2量子點(diǎn)溶液對(duì)FTO先進(jìn)行修飾,然后再制備NiO薄膜層。通過調(diào)控Ti02濃度使得底層覆蓋度和器件的光電性能達(dá)到平衡,平衡時(shí)的前驅(qū)液濃度為2.5 mg/ml,光電轉(zhuǎn)換率達(dá)到最高,為16.12%。對(duì)比未經(jīng)修飾的器件,在NiO層的覆蓋度、載流子復(fù)合、平均PCE以及重現(xiàn)性等方面均得到提高。
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(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】：

發(fā)布的最新太陽(yáng)能電池效率趨勢(shì)圖顯示可知（圖 1.1），PSCs 的發(fā)展非常迅速，且最高效率已達(dá) 22.7%，足以媲美硅太陽(yáng)能電池[9]。1.2 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)1.2.1 PSCs 的結(jié)構(gòu)分類PSCs 從實(shí)際的電池截面圖上看層級(jí)較多，但結(jié)構(gòu)分明易辨析，大體可分為介孔型和平面型。而平面型鈣鈦礦太陽(yáng)能電池又可分為 nip 型結(jié)構(gòu)和 pin 型結(jié)構(gòu)（其中 n 代表 n 型半導(dǎo)體材料，i 代表吸收層材料，p 代表 p 型半導(dǎo)體材料），前者又稱正式結(jié)構(gòu)，后者則又稱為反式結(jié)構(gòu)。三種結(jié)構(gòu)如圖 1.2。典型的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)是類似于漢堡結(jié)構(gòu)逐層疊加的，按制備順序大致可包括導(dǎo)電玻璃，ETL（電子傳輸層）或 HTL（空穴傳輸層），鈣鈦礦層，HTL（pin 型）或 ETL（nip 型），金屬電極。其中第二層包括致密層和介孔層（有圖 1.1 太陽(yáng)能電池效率趨勢(shì)圖（2017）[9]

1.2.2 PSCs 的襯底常見的 PSCs 襯底為 FTO（F:SnO2）透明導(dǎo)電玻璃和 ITO（摻錫的氧化銦）透明導(dǎo)電玻璃。一般需要較高溫度燒結(jié)的光伏器件通常采用玻璃襯底，這種 PSCs通常具備較高性能。然而，采用玻璃襯底的 PSCs 有質(zhì)量較大、易碎、不易降低成本等缺點(diǎn)。因此柔韌性優(yōu)良的高分子產(chǎn)品被人們拿來用作 PSCs 的襯底，拓展了 PSCs 的研究和應(yīng)用范疇。柔性襯底通常采用涂有 FTO 或 ITO 的 PET（Polyethylene terephthalate，聚對(duì)苯二甲 酸 乙二酯 ），PEN（polyethylenenaphthalate，聚萘二甲酸乙二醇酯）等。這種柔性 PSCs 一般開路電壓為 0.8 V左右，填充因子為 0.5 ~ 0.7, 光電轉(zhuǎn)化率一般為 9%[10-13]。由于該柔性器件可彎折、輕量化，所以可應(yīng)用于可穿戴產(chǎn)品，如衣帽、背包、窗簾等。另外，采用連續(xù)卷對(duì)卷生產(chǎn)工藝[14]，可實(shí)現(xiàn)柔性 PSCs 的大面積、大規(guī)模生產(chǎn)，這無(wú)疑是柔性太陽(yáng)能器件的一大優(yōu)勢(shì)。圖 1.2 鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)（a）介孔結(jié)構(gòu)（b）nip 型結(jié)構(gòu)（c）pin 型結(jié)構(gòu)

級(jí)間的能級(jí)更為匹配�？勺鳛殛帢O緩沖層的材料既有無(wú)。無(wú)機(jī)材料通常為金屬氧化物和無(wú)機(jī)鹽，例如 ZnO 納米晶4,45]均能有效提高電池的光伏性能。有機(jī)類材料則有 PN胺）、P3TMAHT（聚[3-（6-三甲基銨己基）噻吩]）等高PDINO（苝酰亞胺）[47]等小分子材料，這些作為陰極緩集電子的能力。s 的光吸收層材料是 PSCs 的核心，其作用是吸收太陽(yáng)光從而產(chǎn)生載流結(jié)構(gòu)通式為 ABM3[48]，結(jié)構(gòu)如圖 1.3。A 一般代表有機(jī)HC(NH2)2+等[49]，其主要作用為晶格電荷補(bǔ)償，對(duì)材料的影響。但它的大小會(huì)對(duì)晶格產(chǎn)生影響，從而影響到金屬，因此材料的帶隙會(huì)有所變化[50]。B 代表 Pb2+，Sn2+和其響材料的帶隙。M 代表鹵素離子，如 I-，Br-，Cl-等[51]，
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本文編號(hào)：2870556