發(fā)布時(shí)間：2017-05-05 14:21

  本文關(guān)鍵詞：新型鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備與表征，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：能源是人類活動的物質(zhì)基礎(chǔ),隨著常規(guī)化石能源的日益枯竭,開發(fā)新的可再生能源迫在眉睫。太陽能是地球上儲量最豐富的能源,利用太陽能最直接的方法是通過太陽能電池直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在已經(jīng)商品化的太陽能電池市場中,晶體硅太陽能電池因其高的轉(zhuǎn)化效率和成熟的工藝占據(jù)了主導(dǎo)地位,但是由于成本高、工藝復(fù)雜、不易于大面積制造、環(huán)境污染等缺點(diǎn),無機(jī)晶體硅太陽能電池還不能大規(guī)模地應(yīng)用到生產(chǎn)生活中。自2009年來,新型鈣鈦礦材料(ABX3)被用作吸光層應(yīng)用在太陽能電池中,引起了人們極大的關(guān)注。這種太陽能電池具有消光系數(shù)高、載流子壽命長、轉(zhuǎn)換效率高、工藝簡單、原材料豐富、成本低、可在柔性基底上制備等優(yōu)點(diǎn),具有很廣闊的發(fā)展前景。論文采用一步法和二步法制備了鈣鈦礦活性層CH3NH3PbI3材料,并對薄膜性能進(jìn)行了表征,包括X-射線衍射(XRD)、紫外-可見吸收光譜(UV-VIS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)。討論了一步法制備鈣鈦礦活性層時(shí)CH3NH3I與PbI2的摩爾比對成膜性的影響,結(jié)果顯示當(dāng)CH3NH3I與PbI2的摩爾比為1.2：I時(shí)得到的鈣鈦礦薄膜形貌最佳。當(dāng)在CH3NH3PbI3前驅(qū)體溶液中加入高沸點(diǎn)溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)時(shí),鈣鈦礦薄膜的成膜質(zhì)量得到進(jìn)一步提高,原因?yàn)镹MP大大降低了CH3NH3PbI3的結(jié)晶速率。采用兩步法制備鈣鈦礦活性層時(shí),ITO/PEDOT:PSS/PbI2在CH3NH3I的異丙醇溶液中的浸泡時(shí)間對鈣鈦礦的成膜質(zhì)量很關(guān)鍵,浸泡60 min后能夠使CH3NH3I和PbI2完全轉(zhuǎn)化為CH3NH3PbI3。在制備鈣鈦礦活性層的基礎(chǔ)上進(jìn)一步制備了鈣鈦礦太陽能電池器件(ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PCBM/Ga/Al),并對其性能進(jìn)行了表征。當(dāng)前驅(qū)體溶液的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF),CH3NH3I與PbI2的摩爾比為1.2：1時(shí),器件的開路電壓(Voc)為0.86 V,短路電流(Jsc)為15.27 mA/cm2,填充因子(FF)為59.8%,能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)為7.85%。在前驅(qū)體溶劑中加入NMP后,器件性能得到了很大提高,制備的最優(yōu)器件的光伏參數(shù)為Voc=0.822 V, Jsc=17.83 mA/cm2, FF=80.52%, PCE=11.77%。CH3NH3PbI3-xBrx前驅(qū)體溶液中加入NMP后制備的摻Br太陽能電池的最優(yōu)器件參數(shù)為Voc=0.87 V, Jsc=15.77 mA/cm2, FF=80.89%,PCE=11.16%。通過二步法制備的最優(yōu)器件的光伏參數(shù)為Voc=0.96V, Jsc=14.75 mA/cm2,FF=59.05%, PCE=1.38%。鈣鈦礦活性層很不穩(wěn)定,在水分和氧氣環(huán)境下容易降解,這是鈣鈦礦電池實(shí)際應(yīng)用中面臨的最大問題,論文對鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。我們通過溶劑中加入NMP制備的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜,具有很好的穩(wěn)定性。對放置20天的器件進(jìn)行不定期測試,器件的Voc基本沒變,FF只降低了3.8%,Jsc只降低了7.7%。器件效率從10.28%降低到9.02%,20天只下降了12.3%。結(jié)果表明,高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜不僅可以提高器件效率,還可以提高器件的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦 平面異質(zhì)結(jié) 太陽能電池 光伏性能表征 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(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5-7
• Abstract7-11
• 1 引言11-32
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 太陽能電池的發(fā)展歷程12-17
• 1.2.1 晶體硅太陽能電池13
• 1.2.2 硅基薄膜太陽能電池13-14
• 1.2.3 化合物半導(dǎo)體太陽能電池14-15
• 1.2.4 有機(jī)薄膜太陽能電池15-16
• 1.2.5 染料敏化太陽能電池16-17
• 1.3 新型鈣鈦礦太陽能電池17-30
• 1.3.1 鈣鈦礦材料簡介17-19
• 1.3.2 鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)19-21
• 1.3.3 鈣鈦礦太陽能電池活性層的制備方法21-22
• 1.3.4 表征太陽能電池的參數(shù)22-26
• 1.3.5 鈣鈦礦太陽能電池的研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)26-30
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容30-32
• 2 鈣鈦礦太陽能電池活性層的制備及表征32-46
• 2.1 前驅(qū)體材料CH_3NH_3I的制備及表征32-33
• 2.2 一步法制備鈣鈦礦活性層及其表征33-43
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)所需的試劑和儀器33-34
• 2.2.2 鈣鈦礦CH_3NH_3PbI_3薄膜的制備及表征34-37
• 2.2.3 CH_3NH_3I與PbI_2的摩爾比對鈣鈦礦成膜的影響37-39
• 2.2.4 N-甲基吡咯烷酮(NMP)對鈣鈦礦材料成膜質(zhì)量的影響39-43
• 2.3 二步法制備鈣鈦礦活性層及其表征43-45
• 2.3.1 二步法制備CH_3NH_3PbI_3薄膜的步驟43
• 2.3.2 PbI_2的浸泡時(shí)間對CH_3NH_3PbI_3薄膜質(zhì)量的影響43-45
• 2.4 小結(jié)45-46
• 3 鈣鈦礦太陽能電池器件的制備及表征46-52
• 3.1 一步法制備鈣鈦礦太陽能電池及器件表征46-50
• 3.1.1 一步法制備鈣鈦礦太陽能電池的步驟46
• 3.1.2 CH_3NH_3I與PbI_2的摩爾比對器件性能的影響46-48
• 3.1.3 NMP對器件性能的影響48-50
• 3.2 兩步法制備鈣鈦礦太陽能電池及器件表征50-51
• 3.3 小結(jié)51-52
• 4 鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性研究52-55
• 4.1 鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性研究52-54
• 4.2 小結(jié)54-55
• 5 總結(jié)與展望55-58
• 5.1 總結(jié)55-56
• 5.2 展望56-58
• 參考文獻(xiàn)58-67
• 致謝67-68
• 個(gè)人簡歷68-69
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文69

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