以PTAA為空穴傳輸層的倒置平面鈣鈦礦太陽能電池研究
發(fā)布時間：2021-04-03 23:57
迄今為止,p-i-n型器件結(jié)構(gòu)的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池由于其遲滯行為不明顯,制備溫度低,工藝簡單,易于實現(xiàn)柔性化等優(yōu)勢,應用潛力巨大,受到了國內(nèi)外科研工作者的廣泛關(guān)注。在鈣鈦礦太陽能電池的研究中,空穴傳輸材料作為鈣鈦礦太陽能電池中至關(guān)重要的一層,需要具備良好的導電性,高的空穴遷移率,能級匹配以及良好的成膜性等性質(zhì)。聚[雙（4-苯基）（2,4,6-三甲基苯基）胺]（PTAA）是目前p-i-n型器件結(jié)構(gòu)的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池比較典型的空穴傳輸材料。將其作為空穴傳輸層引入到鈣鈦礦太陽能電池,表現(xiàn)出優(yōu)良的器件性能。然而PTAA作為有機半導體聚合物同樣存在著導電性差的問題,尋找性能優(yōu)異的p型摻雜材料或者更為簡單有效的處理方法來提高PTAA空穴傳輸性能是本論文的主要研究內(nèi)容。在本論文中,我們首先使用強路易斯酸三（五氟苯基）硼烷（BCF）作為PTAA空穴傳輸材料的p型摻雜劑,來改性PTAA空穴傳輸材料,使其具有更優(yōu)的空穴傳輸性能。經(jīng)過摻雜改性處理的PTAA,電導率顯著增加,提高兩個數(shù)量級。此外,我們還發(fā)現(xiàn)可以通過光照處理BCF摻雜的PTAA溶液進一步提升其導電性質(zhì)。本文系統(tǒng)地研究了BCF摻...
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
全球能源利用餅狀分布圖
美國可再生能源實驗室 NREL 對太陽能電池的發(fā)展歷程進行了統(tǒng)計和認證效率實時追蹤。圖1-2 展示了 NREL 截止到 2018 年 5 月對各類太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率的發(fā)展及認證最高效率的統(tǒng)計[3]。該統(tǒng)計涵蓋范圍廣，認證效率是由美國 Newport 公司認證，該認證得到全世界認可。根據(jù)太陽能電池的發(fā)展歷史，可以將太陽能電池按照材料分為以下三類：(1)第一代硅基太陽能電池，主要包含了單晶硅、多晶硅及單晶多晶與非晶硅復合太陽能電池。截止到目前硅類太陽能電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當成熟，是目前市場上實現(xiàn)商業(yè)化的主流太陽能電池。然而作為不可再生資源的硅材料仍然不是解決人類未來能源問題的有效途徑。(2)第二代太陽能電池是以砷化鎵和硫化鎘為主的薄膜太陽能電池是迄今為止光電轉(zhuǎn)化效率最高的太陽能電池。這類薄膜電池不僅光電轉(zhuǎn)化效率較高，而且器件穩(wěn)定，電池吸光層很薄，有很廣泛的利用空間。然而巨大的毒性和較為復雜的加工工藝以及高昂的成本，制約了砷化鎵太陽能電池成為主流太陽電池被人們所廣泛利用。因此人們也在不斷探尋更新一代太陽能電池，以尋求更好的開發(fā)利用太陽能的方法。(3)以染料敏化、鈣鈦礦和有機太陽能電池為主的第三代太陽能電池在最近幾年受到了極大的關(guān)注。尤其是新型有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池，自 2009 年被發(fā)現(xiàn)并應用以來，效率在短短的幾年有了突飛猛進的發(fā)展[4]。圖 1-2 太陽能電池發(fā)展歷程和認證效率統(tǒng)計[3]
其中介孔和平面型的電池又分別有 n-i-p 型和 p-i-n 型。圖1-3 是幾種典型的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)。圖中(a) n-i-p 型介孔鈣鈦礦太陽能電池是最為常見且發(fā)展最快也是世界上目前認證性效率最高的鈣鈦礦太陽能電池，有報道的最高效率已經(jīng)達到了 22.1%，經(jīng)過認證的效率更是達到了 22.7%[3;9]。它包含了 FTO 電極，n 型致密層 TiO2和介孔層 TiO2，鈣鈦礦層，空穴傳輸層，金屬電極。這種電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且效率相對其他幾種電池要高，但需要多次高溫煅燒(T>500℃) TiO2，且電池容易產(chǎn)生遲滯效應[10-12]。(b) n-i-p 型平面鈣鈦礦太陽能電池。這類電池包含 FTO 電極，n 型致密層(TiO2或 SnO2)，鈣鈦礦層，空穴傳輸層和金屬電極。與(a)相比這種結(jié)構(gòu)的電池少了介孔層
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦太陽能電池材料的研究進展[J]. 邱婷,苗曉亮,宋文佳,樓冬,張樹芳. 材料工程. 2018(03)
[2]柔性及半透明鈣鈦礦太陽能電池[J]. 顏凱,胡顯維,陳補鑫,陳思,高雪,董斌,鄒德春. 科學通報. 2017(14)
[3]鈣鈦礦太陽能電池材料和器件的研究進展[J]. 鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀. 廈門大學學報(自然科學版). 2015(05)
碩士論文
[1]P型摻雜有機聚合物應用于鈣鈦礦太陽能電池[D]. 張宇辰.大連理工大學 2017
本文編號：3117328
【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】：67 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
全球能源利用餅狀分布圖
美國可再生能源實驗室 NREL 對太陽能電池的發(fā)展歷程進行了統(tǒng)計和認證效率實時追蹤。圖1-2 展示了 NREL 截止到 2018 年 5 月對各類太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率的發(fā)展及認證最高效率的統(tǒng)計[3]。該統(tǒng)計涵蓋范圍廣，認證效率是由美國 Newport 公司認證，該認證得到全世界認可。根據(jù)太陽能電池的發(fā)展歷史，可以將太陽能電池按照材料分為以下三類：(1)第一代硅基太陽能電池，主要包含了單晶硅、多晶硅及單晶多晶與非晶硅復合太陽能電池。截止到目前硅類太陽能電池技術(shù)發(fā)展已經(jīng)相當成熟，是目前市場上實現(xiàn)商業(yè)化的主流太陽能電池。然而作為不可再生資源的硅材料仍然不是解決人類未來能源問題的有效途徑。(2)第二代太陽能電池是以砷化鎵和硫化鎘為主的薄膜太陽能電池是迄今為止光電轉(zhuǎn)化效率最高的太陽能電池。這類薄膜電池不僅光電轉(zhuǎn)化效率較高，而且器件穩(wěn)定，電池吸光層很薄，有很廣泛的利用空間。然而巨大的毒性和較為復雜的加工工藝以及高昂的成本，制約了砷化鎵太陽能電池成為主流太陽電池被人們所廣泛利用。因此人們也在不斷探尋更新一代太陽能電池，以尋求更好的開發(fā)利用太陽能的方法。(3)以染料敏化、鈣鈦礦和有機太陽能電池為主的第三代太陽能電池在最近幾年受到了極大的關(guān)注。尤其是新型有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池，自 2009 年被發(fā)現(xiàn)并應用以來，效率在短短的幾年有了突飛猛進的發(fā)展[4]。圖 1-2 太陽能電池發(fā)展歷程和認證效率統(tǒng)計[3]
其中介孔和平面型的電池又分別有 n-i-p 型和 p-i-n 型。圖1-3 是幾種典型的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)。圖中(a) n-i-p 型介孔鈣鈦礦太陽能電池是最為常見且發(fā)展最快也是世界上目前認證性效率最高的鈣鈦礦太陽能電池，有報道的最高效率已經(jīng)達到了 22.1%，經(jīng)過認證的效率更是達到了 22.7%[3;9]。它包含了 FTO 電極，n 型致密層 TiO2和介孔層 TiO2，鈣鈦礦層，空穴傳輸層，金屬電極。這種電池結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且效率相對其他幾種電池要高，但需要多次高溫煅燒(T>500℃) TiO2，且電池容易產(chǎn)生遲滯效應[10-12]。(b) n-i-p 型平面鈣鈦礦太陽能電池。這類電池包含 FTO 電極，n 型致密層(TiO2或 SnO2)，鈣鈦礦層，空穴傳輸層和金屬電極。與(a)相比這種結(jié)構(gòu)的電池少了介孔層
【參考文獻】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦太陽能電池材料的研究進展[J]. 邱婷,苗曉亮,宋文佳,樓冬,張樹芳. 材料工程. 2018(03)
[2]柔性及半透明鈣鈦礦太陽能電池[J]. 顏凱,胡顯維,陳補鑫,陳思,高雪,董斌,鄒德春. 科學通報. 2017(14)
[3]鈣鈦礦太陽能電池材料和器件的研究進展[J]. 鄧林龍,謝素原,黃榮彬,鄭蘭蓀. 廈門大學學報(自然科學版). 2015(05)
碩士論文
[1]P型摻雜有機聚合物應用于鈣鈦礦太陽能電池[D]. 張宇辰.大連理工大學 2017
本文編號：3117328
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