本文關鍵詞：鈣鈦礦太陽能電池碳背電極的制備

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【摘要】：在常規(guī)鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cells, PSCs)中,通常使用有機P型半導體提取空穴,并使用蒸鍍法制備的Au或Ag薄膜電極進行收集。目前,PSCs普遍使用的有機空穴傳輸層spiro-MeOTAD不僅價格昂貴而且穩(wěn)定性較差,Au或Ag作為PSCs的背電極需要高真空設備進行制備,不適合商業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。因此,選擇優(yōu)異的背電極材料不僅可以保證電池的性能,還可以提高電池穩(wěn)定性,從而有利于PSCs未來的大規(guī)模生產(chǎn)。本論文圍繞降低鈣鈦礦太陽能電池成本及提高器件的穩(wěn)定性進行了一系列探索性研究,主要內(nèi)容是制備適合碳基鈣鈦礦太陽能電池的背電極,并研究背電極材料、結構、制備方法及熱處理對電池性能的影響規(guī)律,對其中有關重要發(fā)現(xiàn)進行了分析,具體內(nèi)容如下：(1)使用商業(yè)導電炭黑和有機添加劑來制備適合印刷的碳漿,發(fā)現(xiàn)制備出的碳背電極具有非常差的導電性,不適合做鈣鈦礦太陽能電池背電極。研究在導電炭黑中加入大尺寸的針狀焦從而提高碳背電極的導電性,光電轉(zhuǎn)換效率為0.53%,并對光電性能進行了分析,發(fā)現(xiàn)難以控制的碳背電極較差的界面接觸是導致電池性能低下的原因。(2)使用噴涂替代刮涂,電池最高光電轉(zhuǎn)化效率達到3.9%。針對炭黑粒子間接觸不良這一問題,使用機械加壓增加碳背電極導電性和提高電池性能。研究了復合碳材料制備背電極對電池性能的影響,發(fā)現(xiàn)碳納米管制備成鈣鈦礦太陽能電池背電極后導電性較差,但將碳納米管與炭黑復合后,電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達到6.57%。(3)研究了用針狀焦制備鈣鈦礦太陽能電池背電極,優(yōu)化了樣品熱處理溫度,發(fā)現(xiàn)1500℃下碳化的針狀焦的電阻最小,適合作為鈣鈦礦太陽能電池的背電極。發(fā)現(xiàn)由于水分的存在,在空氣中噴涂針狀焦容易對鈣鈦礦層造成破壞。對以針狀焦背電極為基礎的碳基鈣鈦礦電池進行了穩(wěn)定性研究,連續(xù)8天的測試表明電池光電轉(zhuǎn)化效率并未下降。(4)研究了熱處理對以針狀焦背電極為基礎的碳基鈣鈦礦電池性能的影響,發(fā)現(xiàn)熱處理后電池的光電轉(zhuǎn)換效率可達到8.57%。通過對電池進行一系列的表征,得出的結論是：熱處理過程中針狀焦可以有效保護鈣鈦礦層不受外界不良氣氛的侵蝕,同時,鈣鈦礦層在這種保護下自身的結晶性也得到了改善,這也解釋了器件熱處理后光吸收增強以及電池光電轉(zhuǎn)化效率的提高。這項研究為提高碳基鈣鈦礦電池的性能提供了新的思路。
【關鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 針狀焦 碳背電極 低成本 穩(wěn)定性
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 課題的研究背景9-10
• 1.2 鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)10-20
• 1.2.1 基本結構及工作原理11-12
• 1.2.2 各組件的研究現(xiàn)狀12-18
• 1.2.3 以碳材料作為鈣鈦礦太陽能電池背電極的研究現(xiàn)狀18-20
• 1.3 課題研究內(nèi)容及意義20-22
• 2 實驗方法22-30
• 2.1 性能參數(shù)22-26
• 2.2 試劑和設備26-28
• 2.2.1 實驗試劑和材料26-27
• 2.2.2 實驗設備27-28
• 2.3 分析測試方法28-30
• 2.3.1 太陽能光譜吸收研究28
• 2.3.2 粉末衍射分析28
• 2.3.3 表面形貌及膜厚表征28
• 2.3.4 導電性及阻抗測試與表征28-30
• 3 碳材料作為背電極在PSCs中的應用30-47
• 3.1 引言30-31
• 3.2 實驗部分31-34
• 3.3 結果與討論34-46
• 3.3.1 常規(guī)電池的制備與表征34-38
• 3.3.2 自制碳漿作為PSCs的背電極38
• 3.3.3 炭黑和針狀焦復合材料作為PSCs的背電極38-39
• 3.3.4 噴涂炭黑制備PSCs背電極39-41
• 3.3.5 碳背電極加壓對碳基PSCs的光電性能影響41-42
• 3.3.6 碳分散液的混合溶劑對光電性能的影響42-43
• 3.3.7 用碳納米管(CNTs)與炭黑復合制備PSCs的背電極43-46
• 3.4 本章小結46-47
• 4 針狀焦作為背電極在PSCs中的應用47-59
• 4.1 引言47
• 4.2 實驗部分47-50
• 4.2.1 針狀焦作為背電極的制備與電池器件的組裝47-48
• 4.2.2 針狀焦的表征48-50
• 4.3 針狀焦背電極PSCs的光電性能表征50-53
• 4.3.1 空氣中制備PSCs的光電性能表征50-51
• 4.3.2 手套箱中制備PSCs的光電性能表征51-52
• 4.3.3 穩(wěn)定性的表征52-53
• 4.4 結果與討論53-58
• 4.4.1 熱處理對碳基PSCs光電轉(zhuǎn)換效率的影響53-55
• 4.4.2 熱處理對鈣鈦礦層光吸收強度的影響55-56
• 4.4.3 熱處理對鈣鈦礦層物質(zhì)變化的研究56-58
• 4.5 本章小結58-59
• 結論59-60
• 參考文獻60-66
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況66-67
• 致謝67-68

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本文編號：573577