本文關鍵詞：鈣鈦礦型有機鉛碘化合物太陽能電池的結構設計及性能研究

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【摘要】：鈣鈦礦材料具有電子遷移率高、禁帶寬度可控、材料成本低廉、可低溫溶液合成等優(yōu)點,是制備高效低成本太陽能電池的理想材料。目前文獻報道的鈣鈦礦電池存在穩(wěn)定性較低、空穴傳導層和對電極材料成本昂貴等問題,制約了它的廣泛應用。本研究采用兩步連續(xù)沉積法制備了性能較好的純相鈣鈦礦型有機鉛碘化合物,并作為吸收層材料,同時利用聚三己基噻吩(P3HT)作為空穴傳導層,碳納米管薄膜作為透明電極,組裝了平板型太陽能電池,電池成本低廉。在此基礎上,制備了纖維型鈣鈦礦太陽能電池,電池具有較高的光電轉換效率和良好的穩(wěn)定性。論文首先以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑利用兩步連續(xù)沉積法制備了鈣鈦礦有機鉛碘化合物(CH3NH3PbI3)薄膜。當碘化鉛(Pbl2)和甲基碘化銨的配比為1：1時,XRD顯示制備得到純相的CH3NH3PbI3。厚度為400 nm的鈣鈦礦薄膜在300-800 nm的光吸收率達到85%以上,并具有良好的光電響應特性。鈣鈦礦薄膜厚度均勻,表面平整,適合作太陽能電池吸收層材料。在成功制備了純相鈣鈦礦材料的基礎上,論文設計并組裝ITO/TiO2/CH3NH3PbI3/P3HT/CNTs結構的平板型鈣鈦礦太陽能電池。當Ti02阻擋層為160 nm,鈣鈦礦吸收層厚度為750 nm時,標準光源下(AM1.5,100 mW·cm-2),太陽能電池的短路電流密度為0.718 mA·cm-2,開路電壓為0.696 V,填充因子為0.252,光電轉換率為0.13%。論文進一步設計組裝了Ti/TiO2/CH3NH3PbI3/P3HT/CNTs柔性纖維型太陽電池。通過陽極氧化法在鈦絲上制備了二氧化鈦納米管陣列作為電子傳輸層。當二氧化鈦納米管長度為680 nm,直徑為30 nm時,標準光源下太陽能電池的短路電流密度為5.083 mA.Cm-2,開路電壓為0.717V,填充因子為0.527,光電轉換效率為1.92%。此結構的太陽能電池在濕度為20%的空氣條件中放置近300小時,電池的光電轉化效率僅降低23%,表明其具有良好的穩(wěn)定性。對此纖維型太陽能電池進行串并聯(lián)組裝及彎曲測試,其性能基本不變,表明其具有優(yōu)異的組裝和可彎曲性能。與平板電池相比,纖維電池光電轉換效率高,性能優(yōu)異,為進一步開發(fā)可穿戴柔性太陽能電池器件奠定了基礎。
【關鍵詞】：鈣鈦礦 有機鉛碘化合物 太陽能電池 光電轉換效率
【學位授予單位】：北京化工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-15
• 符號說明15-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 引言16
• 1.2 太陽能電池16-20
• 1.2.1 結構和工作原理16-17
• 1.2.2 分類和發(fā)展17-20
• 1.3 鈣鈦礦化合物及其在太陽能電池領域的應用20-26
• 1.3.1 鈣鈦礦化合物21-22
• 1.3.2 鈣鈦礦材料的制備方法22-24
• 1.3.3 鈣鈦礦太陽能電池的研究現(xiàn)狀24-26
• 1.4 碳納米管材料在太陽能電池中的應用26-29
• 1.4.1 碳納米管26-27
• 1.4.2 碳納米管材料作電池電極的研究27-29
• 1.5 本論文的研究意義及目的29-30
• 1.6 本論文的研究內容30-32
• 第二章 實驗部分32-38
• 2.1 實驗藥品及原料32
• 2.2 實驗儀器32-33
• 2.3 物相表征33-34
• 2.3.1 X射線衍射表征(XRD)33
• 2.3.2 掃描電子顯微鏡表征(SEM)33-34
• 2.3.3 拉曼光譜表征(Raman)34
• 2.4 光電性能測試34-38
• 2.4.1 紫外光譜測試(UV-vis)34
• 2.4.2 霍爾測試(Hall)34
• 2.4.3 光電響應測試34-35
• 2.4.4 J-V曲線測試35-38
• 第三章 鈣鈦礦型有機鉛碘化合物的合成及性能表征38-50
• 3.1 不同CH_3NH_3I和PBI_2的配比對合成產物CH_3NH_3PBI_3的影響38-40
• 3.1.1 甲基碘化銨的制備38
• 3.1.2 CH_3NH_3I和PbI_2配比的調控38-39
• 3.1.3 不同原料配比合成產物的表征39-40
• 3.2 有機溶劑對鈣鈦礦有機鉛碘化合物形貌的影響40-44
• 3.2.1 不同有機溶劑制備鈣鈦礦薄膜40
• 3.2.2 不同有機溶劑制備鈣鈦礦薄膜的表征40-44
• 3.3 不同制備方法對鈣鈦礦有機鉛碘化合物形貌的影響44-46
• 3.3.1 一步法制備鈣鈦礦薄膜44-45
• 3.3.2 連續(xù)沉積法制備鈣鈦礦薄膜45
• 3.3.3 不同方法制備鈣鈦礦薄膜的表征45-46
• 3.4 優(yōu)化合成后鈣鈦礦有機鉛碘化合物的表征46-49
• 3.4.1 物相結構表征47
• 3.4.2 光學性能測試47-49
• 3.5 本章小結49-50
• 第四章 鈣鈦礦型平板太陽能電池的研究50-66
• 4.1 平板電池的結構設計與組裝50-53
• 4.1.1 結構設計50-51
• 4.1.2 組裝方法51-53
• 4.2 鈣鈦礦型平板電池結構的調控53-63
• 4.2.1 電池阻擋層54-55
• 4.2.2 電池吸收層55-59
• 4.2.3 背電極材料59-63
• 4.3 鈣鈦礦型平板電池優(yōu)化后的性能63
• 4.4 本章小結63-66
• 第五章 鈣鈦礦型纖維太陽能電池的組裝66-94
• 5.1 鈣鈦礦型纖維電池的組裝方法66-69
• 5.1.1 結構設計66
• 5.1.2 組裝方法66-69
• 5.2 二氧化鈦納米管阻擋層的制備69-75
• 5.2.1 TiO_2納米管層的制備方法69-71
• 5.2.2 TiO_2納米管層形貌的影響因素71-75
• 5.3 鈣鈦礦型纖維電池結構的調控75-91
• 5.3.1 TiO_2納米管阻擋層76-82
• 5.3.2 鈣鈦礦吸收層82-87
• 5.3.3 P3HT空穴傳輸層87-89
• 5.3.4 CNTs電極層89-91
• 5.4 鈣鈦礦型纖維電池調控后的性能91-93
• 5.5 本章小結93-94
• 第六章 鈣鈦礦型纖維狀太陽能電池的性能研究94-102
• 6.1 電池均勻性測試94
• 6.2 不同光照強度下電池的性能測試94-95
• 6.3 電池穩(wěn)定性測試95-97
• 6.4 串并聯(lián)電池性能研究97-100
• 6.4.1 串聯(lián)電池性能的研究97-98
• 6.4.2 并聯(lián)電池性能的研究98-100
• 6.5 彎曲電池性能的研究100-101
• 6.6 本章小結101-102
• 第七章 全文總結102-104
• 參考文獻104-108
• 致謝108-110
• 研究成果及發(fā)表的學術論文110-112
• 作者與導師簡介112-114
• 附件114-115

【共引文獻】

中國博士學位論文全文數據庫 前1條

1 張杰;有機—硅納米結構光伏電池的光電性質及界面研究[D];蘇州大學;2014年

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 周德讓;非晶硅薄膜的制備及連續(xù)激光晶化[D];河南大學;2013年

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本文編號：555951