發(fā)布時間：2017-04-08 18:02

  本文關(guān)鍵詞：通過修飾電子傳輸層提高鈣鈦礦太陽能電池的性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：鈣鈦礦太陽能電池由于其持續(xù)快速增長的高效率、低成本、工藝簡單以及可實現(xiàn)柔性器件等優(yōu)點,越來越受到研究者的關(guān)注,已經(jīng)成為了最熱門的研究領(lǐng)域之一。目前提高鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率的方法主要包括改善鈣鈦礦活性層的結(jié)晶、新型鈣鈦礦材料的合成、鈣鈦礦活性層薄膜微觀形貌的調(diào)控以及電子或空穴傳輸層的修飾等。本論文集中于通過對反型鈣鈦礦太陽能電池常用的PCBM電子傳輸層進行修飾提高電池的能量轉(zhuǎn)換效率,主要開展了下面兩方面工作： (1)首次將雙親性的表面活性劑油酸酰胺(oleamide)摻雜到PCBM電子傳輸層,顯著地提高了反型鈣鈦礦太陽能電池的性能。在oleamide摻雜量為5wt%的優(yōu)化條件下,基于oleamide:PCBM的電池的能量轉(zhuǎn)換效率達到12.69%,相比于未摻雜oleamide的參比電池(10.05%)提高了26%。分析表明能量轉(zhuǎn)換效率的提高主要歸因于填充因子(由61.8%提高至69.3%)和短路電流(由17.08mA/cm2提高到18.76mA/cm2)的提高。對鈣鈦礦活性層薄膜表面形貌的表征表明oleamide的摻雜提高了PCBM電子傳輸層在鈣鈦礦薄膜上的覆蓋程度,從而有利于改善鈣鈦礦層與Ag電極之間的界面接觸。電化學(xué)交流阻抗譜的測試證明oleamide的摻雜有效地抑制了電子-空穴對在鈣鈦礦光活性層與Ag電極之間界面處的復(fù)合,從而大幅度地提高了電子的收集效率。 (2)通過將水溶性非共軛聚合物聚乙烯吡咯烷酮(PVP)旋涂在PCBM電子傳輸層上,提高了反型鈣鈦礦太陽能電池的性能。在優(yōu)化的PVP旋涂條件下(在異丙醇溶劑中濃度為1mg/mL、旋涂轉(zhuǎn)速為3000rpm),基于PVP修飾的PCBM電子傳輸層的電池器件的能量轉(zhuǎn)化效率從未引入PVP的參比電池的9.07%增加到11.98%,提高幅度高達32%。能量轉(zhuǎn)換效率的提高主要歸因于短路電流和填充因子的提高,提高幅度分別為10%和16%。紫外可見吸收光譜測試表明PVP的引入對鈣鈦礦光活性層的吸收不產(chǎn)生影響,因此能量轉(zhuǎn)換效率的提高與光活性層的吸收變化無關(guān)。具體的效率提高機理仍需進一步的深入研究。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 電子傳輸層 PCBM 表面活性劑 油酸酰胺 聚乙烯吡咯烷酮 能量轉(zhuǎn)換效率
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 緒論11-35
• 1.1 引言11-13
• 1.2 鈣鈦礦太陽能電池的原理13-16
• 1.2.1 鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)13-14
• 1.2.2 鈣鈦礦太陽能電池的原理14-16
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程以及研究現(xiàn)狀16-22
• 1.3.1 正型鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程17-20
• 1.3.2 反型鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程20-21
• 1.3.3 鈣鈦礦太陽能電池的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀21-22
• 1.4 鈣鈦礦太陽能電池的材料與器件制備22-26
• 1.4.1 光活性層23-24
• 1.4.2 空穴傳輸層24-25
• 1.4.3 電子傳輸層25
• 1.4.4 電極材料25-26
• 1.5 鈣鈦礦太陽能電池的等效電路以及性能參數(shù)26-28
• 1.5.1 等效電路26-27
• 1.5.2 電池的主要性能參數(shù)27-28
• 1.6 本文的研究思路與主要內(nèi)容28-30
• 參考文獻30-35
• 第二章 基于不同溶劑處理鈣鈦礦前驅(qū)體的反型鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝優(yōu)化35-44
• 2.1 引言35-36
• 2.2 反型鈣鈦礦太陽能電池的制備及測試36-38
• 2.2.1 原料與試劑36
• 2.2.2 反型鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝36-37
• 2.2.3 反型鈣鈦礦太陽能電池的測試表征37-38
• 2.3 基于不同溶劑的反型鈣鈦礦太陽能電池的性能比較38-42
• 2.3.1 電池器件性能38-39
• 2.3.2 鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性和光學(xué)性質(zhì)39-40
• 2.3.3 鈣鈦礦薄膜的形貌40-42
• 2.4 本章小結(jié)42-43
• 參考文獻43-44
• 第三章 通過油酸酰胺摻雜PCBM電子傳輸層提高反型鈣鈦礦太陽能電池的性能44-63
• 3.1 引言44-45
• 3.2 實驗部分45-47
• 3.2.1 實驗藥品45
• 3.2.2 電池器件的制備工藝45-47
• 3.2.3 測試表征47
• 3.3 結(jié)果討論47-59
• 3.3.1 基于油酸酰胺摻雜的PCBM電子傳輸層的反型鈣鈦礦太陽能電池的性能47-54
• 3.3.1.1 不同摻雜量的油酸酰胺對反型鈣鈦礦太陽能電池的影響47-49
• 3.3.1.2 5%最優(yōu)摻雜量的油酸酰胺對反型鈣鈦礦太陽能電池的性能影響49-54
• 3.3.2 油酸酰胺摻雜對薄膜光吸收的影響54-55
• 3.3.3 油酸酰胺摻雜對薄膜形貌的影響55-57
• 3.3.4 通過交流阻抗譜研究油酸酰胺摻雜對電池器件界面的影響57-59
• 3.4 本章總結(jié)59-60
• 參考文獻60-63
• 第四章 通過旋涂PVP修飾PCBM電子傳輸層及對反型鈣鈦礦太陽能電池性能影響63-73
• 4.1 引言63
• 4.2 實驗部分63-65
• 4.2.1 實驗藥品63-64
• 4.2.2 電池器件的制備工藝64-65
• 4.2.3 測試表征65
• 4.3 結(jié)果討論65-70
• 4.3.1 基于PVP修飾的PCBM電子傳輸層的反型鈣鈦礦太陽能電池性能66-68
• 4.3.1.1 不同溶劑旋涂的PVP界面層對反型鈣鈦礦太陽能電池的影響66-67
• 4.3.1.2 不同濃度PVP的異丙醇溶液旋涂的界面層對反型鈣鈦礦太陽能電池的影響67-68
• 4.3.2 PVP修飾對鈣鈦礦薄膜光吸收的影響68-69
• 4.3.3 PVP修飾對鈣鈦礦薄膜形貌的影響69-70
• 4.4 本章總結(jié)70-72
• 參考文獻72-73
• 第五章 全文總結(jié)與展望73-75
• 5.1 全文總結(jié)73
• 5.2 工作展望73-75
• 致謝75-76
• 在讀期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文76

【共引文獻】

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本文編號：293382