發(fā)布時間：2017-05-23 16:07

  本文關(guān)鍵詞：鈣鈦礦型太陽能電池中阻擋層的系統(tǒng)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：染料敏化太陽能電池(Dye-sensitized solar cell),由于成本低,效率高等優(yōu)點,成為第三代太陽能電池。而作為染料敏化太陽能電池的新生力量一鈣鈦礦型太陽能電池(Perovskite-based solar cell),自2009年被提出來之后,經(jīng)過短暫的發(fā)展,電池效率已經(jīng)接近20%,2013年被Science期刊評為年度世界十大科技進展之一,稱其為太陽能技術(shù)發(fā)展的一個重要突破。除了電池的效率提升迅速以外,鈣鈦礦(perovskite)材料制備簡單,相比較傳統(tǒng)的N3,N719等染料,成本低廉,生產(chǎn)過程中對環(huán)境造成的污染更少。隨著研究的深入,學(xué)者們還發(fā)現(xiàn),perovskite不僅可以擔任染料的角色,而且可以同時傳遞電子和空穴正電荷,意味著原本在染料敏化太陽能電池中承擔這些任務(wù)的TiO2納米晶層(TiO2nanoparticle,nc-TiO2)和空穴傳輸材料(hole transport material)層可以被省略,從而使得電池器件的簡化成為極有研究意義的方向。憑借這些優(yōu)勢,鈣鈦礦型太陽能電池近幾年引發(fā)了研究熱潮,更有學(xué)者稱其為“光伏領(lǐng)域的新希望”。 對于染料敏化太陽能電池來說,影響電池效率的最主要因素之一是光生電子與氧化態(tài)的染料分子、氧化態(tài)的電解質(zhì)分子發(fā)生復(fù)合,導(dǎo)致電流輸出效率降低。目前所采用的,被認為能有效抑制電子復(fù)合的方法之一,是在FTO導(dǎo)電玻璃和Ti02納米晶層之間,添加了一層致密的TiO2阻擋層(compact layer, CL,這樣可以抑制電子逆?zhèn)鬟f,提高電池效率。在傳統(tǒng)的液態(tài)和固態(tài)太陽能電池中,CL的研究已經(jīng)很多,不過,在鈣鈦礦型太陽能電池中,還沒有看到相關(guān)的研究報道,在本篇論文中,我們系統(tǒng)地研究了相關(guān)問題,主要包括以下四部分內(nèi)容： 1、通過不同方法制備出TiO2阻擋層,研究其在鈣鈦礦型太陽能電池中的影響。通過TiCl4水解法(DIP)和真空濺射法(PVD)制備出不同導(dǎo)電性和致密性的TiO2阻擋層(CL),并用于不同HTM-鈣鈦礦型太陽能電池中,由于兩種空穴傳輸材料—P3HT和spiro-OMeTAD本身的分子大小和導(dǎo)電性不同,因此對阻擋層有不同的要求。當使用小分子,導(dǎo)電性較差的spiro-OMeTAD為空穴傳輸材料時,導(dǎo)電性較好,致密性更強的PVD-CL效果更好。 2、研究了不同性質(zhì)的阻擋層之后,進一步通過可控性較強的噴涂法(spray pyrolysis deposition)制備不同厚度的阻擋層,以研究阻擋層厚度對電池的影響,得出在鈣鈦礦型太陽能電池中,Ti02阻擋層的最佳厚度為～90nm。 3、由于鈣鈦礦型太陽能電池中存在兩條電子傳遞路徑：nc-TiO2和perovskite本身,導(dǎo)致目前關(guān)于鈣鈦礦型太陽能電池的電子傳遞機理存在兩種爭論。因此我們設(shè)計了三種不同器件結(jié)構(gòu)的電池,其中第三種電池結(jié)構(gòu)中只包含一種電子傳遞路徑,通過研究不同厚度的阻擋層對這三種電池的影響,得出TiO2納米晶層(nc-TiO2)對電子傳遞起到重要作用的結(jié)論。為兩種爭論從阻擋層的層面提供了證據(jù)。 4、通過上一部分我們知道,Ti02納米晶層在鈣鈦礦型太陽能電池中起到重要作用,但同時我們也發(fā)現(xiàn)Ti02阻擋層與Ti02納米晶層之間的固-固界面存在一條縫隙,而這條縫隙會降低電子的傳遞效率,因此,我們采用金屬氧化物修飾阻擋層的方法制備出金屬氧化物-Ti02復(fù)合阻擋層(MO-CL),用金屬鹽在75℃處理CL,之后旋涂Ti02膠體,500℃加熱退火,金屬鹽在高溫脫水過程中,消除了兩層之間的縫隙。從而使電子傳遞更有效。在我們的工作中,電池效率提高了67%。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦型太陽能電池(Perovskite-based solar cell) 阻擋層 電子傳遞 金屬氧化物修飾
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(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6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-45
• 1.1 太陽能電池的發(fā)展13-16
• 1.2 染料敏化太陽能電池16-20
• 1.2.1 染料敏化太陽能電池的電池結(jié)構(gòu)和工作原理16-19
• 1.2.2 染料敏化太陽能電池的發(fā)展19-20
• 1.3 鈣鈦礦型(perovskite)太陽能電池20-28
• 1.3.1 鈣鈦礦型太陽能電池的發(fā)展20-21
• 1.3.2 電子傳遞機理21-24
• 1.3.3 空穴運輸材料的應(yīng)用24-25
• 1.3.4 電池器件部分25-26
• 1.3.5 低溫制備柔性太陽能電池的前景26-27
• 1.3.6 鈣鈦礦太陽能電池的展望27-28
• 1.4 阻擋層對染料敏化太陽能電池的影響28-31
• 1.4.1 阻擋層工作原理28-29
• 1.4.2 不同性質(zhì)的半導(dǎo)體阻擋層29
• 1.4.3 阻擋層的制備方法29-31
• 1.5 課題目的與設(shè)計思路31-33
• 本章參考文獻33-45
• 第二章 ：實驗內(nèi)容與測試方法45-53
• 2.1 試劑與儀器45-46
• 2.1.1 化學(xué)試劑45-46
• 2.1.2 主要實驗儀器46
• 2.2 實驗材料的制備46-47
• 2.3 電池器件的制備方法47-48
• 2.4 性能參數(shù)及表征方法48-51
• 2.4.1 電池基本參數(shù)48-49
• 2.4.2 電化學(xué)性能測試49-50
• 2.4.3 其他表征50-51
• 本章參考文獻51-53
• 第三章 阻擋層對鈣鈦礦型太陽能電池的影響53-81
• 3.1 引言53-54
• 3.2 實驗方法54-55
• 3.3 結(jié)果與討論55-77
• 3.3.1 鈣鈦礦材料(perovskite,CH_3NH_3Pbl_3)的鑒定55-56
• 3.3.2 不同制備方法的阻擋層對鈣鈦礦型太陽能電池的影響56-66
• 3.3.3 阻擋層厚度對鈣鈦礦型太陽能電池的影響66-74
• 3.3.4 阻擋層厚度對不同器件結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池的影響74-77
• 3.4 本章小結(jié)77-78
• 本章參考文獻78-81
• 第四章 MO-TiO_2復(fù)合阻擋層用以提高鈣鈦礦型太陽能電池效率81-93
• 4.1 引言81-82
• 4.2 實驗方法82-83
• 4.3 結(jié)果與討論83-90
• 4.3.1 不通金屬氧化物修飾阻擋層對電池的影響83-87
• 4.3.2 不同金屬鹽濃度對金屬氧化物修飾效果的影響87-89
• 4.3.3 不同處理時間對氧化物修飾效果的影響89-90
• 4.4 本章小結(jié)90-91
• 本章參考文獻91-93
• 第五章 工作總結(jié)與展望93-95
• 5.1 論文總結(jié)93-94
• 5.2 工作展望94-95
• 附錄Ⅰ：碩士期間發(fā)表和參與發(fā)表的論文95-96
• 致謝96

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