發(fā)布時間：2017-08-02 12:23

  本文關鍵詞：鈣鈦礦太陽能電池中電荷收集層的研究

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【摘要】：鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite Solar Cells, PSCs)作為一種新型第三代太陽能電池,一出現(xiàn)便受到了廣泛的關注。而性能優(yōu)異的電荷收集層一直是電池獲得高光電轉換效率的重要保證。電荷收集層包括電子選擇性收集層和空穴選擇性收集層。目前電子收集層最常用的材料是Ti02納米晶,但其電子遷移率相對較低,研究表明提高Ti02電子收集層的電導率可以提高電池的效率,所以選擇具有更高電子遷移率的納米晶半導體來替代Ti02很有必要,而Sn02就是一種高電導率性質穩(wěn)定的半導體材料。另一方面,替換掉穩(wěn)定性差的空穴傳輸材料(HTM)和價格昂貴的金屬電極是提高電池穩(wěn)定性,降低電池制作成本的有效手段,這將有利于PSCs盡快走向產(chǎn)業(yè)化。導電碳材料廉價、穩(wěn)定、并且具有選擇性收集空穴的能力,所以用碳材料來代替HTM和貴金屬電極有重要的實際應用價值。本文分別從電子收集層和空穴收集層兩個方面入手進行新型電荷收集層的制備并將其應用在PSCs器件中,從而深入研究電荷收集層結構特性對電池光電性能的影響機制。首先,使用溶膠-膠凝的方法制作了致密的Sn02薄膜,對其進行了SEM、XRD表征,分析發(fā)現(xiàn)其為晶粒較小的金紅石型四方相Sn02。將Sn02薄膜作為電子選擇性收集層應用于PSCs,并與傳統(tǒng)基于Ti02電子選擇性收集層的PSCs (T-PSCs)目比較,經(jīng)過光電性能測試發(fā)現(xiàn),基于Sn02電子選擇性收集層的PSCs (S-PSCs)具有稍高的短路電流密度Jsc,但是填充因子FF和開路電壓Voc均較低,最終電池的能量轉換效率PCE較低,推測原因是Sn02致密層內(nèi)部和SnO2/鈣鈦礦界面存在較嚴重的電荷復合。另外發(fā)現(xiàn),S-PSCs有其特殊的性質,相比于T-PSCs,測試方法對S-PSCs影響較大,并對此進行了細致的研究。其次,使用導電炭黑代替有機HTM和貴金屬電極。通過簡單的噴涂方法將納米炭黑制作成PSCs的陰極進行空穴收集,并探究了碳層厚度,碳層和鈣鈦礦層之間界面接觸對電池性能的影響。也同時研究了電池后期熱處理對其性能的影響,結果表明,一定條件下的熱處理可以使碳基PSCs效率得到明顯提升。另外,發(fā)現(xiàn)測試方法對電池表現(xiàn)出的性能有很大影響。通過各方面的優(yōu)化,該類電池最高效率達到8.42%。通過與傳統(tǒng)電池對比,碳基PSCs制作成本低,制作工藝簡單,為進一步研究打下了基礎。
【關鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 電荷收集層 二氧化錫 碳 低成本
【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】：O614.432;TM914.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-28
• 1.1 課題的研究背景10-11
• 1.2 太陽能電池光電性能參數(shù)11-14
• 1.2.1 伏安特性曲線11-12
• 1.2.2 填充因子和光電轉換效率12-13
• 1.2.3 串聯(lián)電阻和并聯(lián)電阻13-14
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)的發(fā)展14-20
• 1.3.1 PSCs出現(xiàn)之前電池的發(fā)展14-16
• 1.3.2 鈣鈦礦物質結構及性質16-17
• 1.3.3 鈣鈦礦太陽能電池的誕生及進一步發(fā)展17-20
• 1.4 電子收集層的研究進展20-24
• 1.4.1 DSSC中光陽極材料的研究20-21
• 1.4.2 電子選擇性收集層(致密層)的出現(xiàn)21-22
• 1.4.3 致密層在PSCs中的研究動態(tài)22-24
• 1.5 碳對電極的研究進展24-26
• 1.5.1 制作工藝24-25
• 1.5.2 碳狀態(tài)與種類25-26
• 1.6 選題依據(jù)26-28
• 2 實驗部分28-31
• 2.1 主要儀器及化學試劑28-29
• 2.1.1 儀器設備28
• 2.1.2 主要藥品試劑28-29
• 2.2 PSCs測試分析方法29-31
• 2.2.1 伏安特性曲線測試29-30
• 2.2.2 IPCE測試30
• 2.2.3 電化學阻抗測試30
• 2.2.4 掃描電子顯微鏡30
• 2.2.5 X-射線衍射光譜30
• 2.2.6 時間分辨熒光光譜30-31
• 3 SnO_2電子收集層在PSCs中的應用研究31-45
• 3.1 PSCs器件的制作31-34
• 3.1.1 玻璃基底的準備31
• 3.1.2 致密層的制備31-32
• 3.1.3 多孔層TiO_2的制備32
• 3.1.4 鈣鈦礦層的制備32-33
• 3.1.5 空穴傳輸層(HTM)的制作33-34
• 3.1.6 金屬電極的制作34
• 3.2 SnO_2致密層性質的表征34-35
• 3.2.1 掃描電鏡(SEM)表征34-35
• 3.2.2 粒子結晶性和電導率表征35
• 3.3 S-PSCs的光電性能測試35-40
• 3.3.1 完整PSCs微觀結構表征35-36
• 3.3.2 S-PSCs與T-PSCs光電性能對比36-39
• 3.3.3 測試時掃描方向對電池光電性能的影響39-40
• 3.4 測試方式對S-PSCs的影響及機理探究40-43
• 3.4.1 測試方式對S-PSCs的影響40-41
• 3.4.2 測試方式對S-PSCs的影響原理的探究41-43
• 3.5 本章小結43-45
• 4 碳基空穴收集層在PSCs中的應用研究45-57
• 4.1 碳層厚度的優(yōu)化45-47
• 4.1.1 碳層制作之前電池的準備45
• 4.1.2 不同厚度碳層的制備45-46
• 4.1.3 碳層厚度對電池性能的影響46-47
• 4.2 碳層和鈣鈦礦層之間接觸性問題的研究47-50
• 4.2.1 碳層制作之前電池的準備47
• 4.2.2 三種電池的制作47-49
• 4.2.3 不同方法制作的電池對電池性能的影響49-50
• 4.3 后處理對電池性能的影響50-52
• 4.3.1 對電池進行后處理51
• 4.3.2 后處理對電池性能的影響51-52
• 4.4 測試方式對碳背電極PSCs性能的影響52-55
• 4.4.1 碳電池測試方法的演變52-53
• 4.4.2 不同測試方法表現(xiàn)出光電性能的差異53-54
• 4.4.3 電池的阻抗分析54-55
• 4.5 本章小結55-57
• 結論57-58
• 參考文獻58-65
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況65-67
• 致謝67-68

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4 ;在羧基甲基纖維素存在下鈣鈦礦的浮選[J];國外金屬礦選礦;1987年06期

5 王穎霞,別利劍,秦瑞雯,林建華,尤力平;三方層狀鈣鈦礦化合物——結構化學原理及應用[J];自然科學進展;2002年05期

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8 別利劍,李國寶,廖復輝,林建華;六方類鈣鈦礦體系La_(2-x)Nd_xCa_2MnO_7的結構和相關系[J];無機化學學報;2003年01期

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1 劉霞;鈣鈦礦材料成為高能效“幫手”[N];中國化工報;2013年

2 常麗君;鈣鈦礦材料實現(xiàn)電器自充電[N];中國化工報;2014年

3 記者 劉霞;鈣鈦礦太陽能電池轉化效率可達50%[N];科技日報;2013年

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8 劉倩;聚合物太陽能電池中添加鹵代烷烴對摻雜濃度的影響及鈣鈦礦電池制備工藝初探[D];北京交通大學;2015年

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10 李鵬申;TiO_2修飾層對鈣鈦礦太陽能電池的影響[D];北京交通大學;2015年

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本文編號：609271