本文關(guān)鍵詞：基于鈣鈦礦的有機無機雜化太陽能電池的制備和性能研究

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【摘要】：全球性的能源短缺、環(huán)境污染等問題使得太陽能這一清潔、無害的高效綠色能源成為了最理想的替代能源。針對太陽能電池的摸索與改進成為了各國科學(xué)家討論和研究的熱點。近年來,鈣鈦礦太陽能電池的問世打破了人們對傳統(tǒng)薄膜太陽能電池的認知,且電池效率不斷攀升。目前,鈣鈦礦太陽能電池的最高有效率突破了20%。使得人們在驚異于其效率之高的同時開啟了鈣鈦礦太陽能電池的研究熱潮。但是,迄今為止關(guān)于鈣鈦礦太陽能電池的研究僅局限于較小的范圍,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和原理仍有待探索、發(fā)現(xiàn)。為此,本論文展開了鈣鈦礦制備方法的研究以及電池結(jié)構(gòu)的組成和工藝的優(yōu)化,并取得了如下研究進展：(1)采用溶膠凝膠法制備了二氧化鈦致密層(compact layer, CL)和二氧化鈦多孔層(mesoporous layer, ML)。通過旋涂TiO2 CL層前驅(qū)液,煅燒后形成結(jié)構(gòu)致密、厚度約為120nm的二氧化鈦致密層；旋涂TiO2ML層前驅(qū)液,經(jīng)煅燒后形成分布均勻、具有介孔結(jié)構(gòu)的二氧化鈦多孔層。厚度控制在180nm至460nm范圍內(nèi)。(2)以甲胺醇和氫碘酸為原材料反應(yīng)生成CH3NH3I,通過旋蒸得到CH3NH3I的白色晶體,再用無水乙醇和無水乙醚對粗產(chǎn)品進行重結(jié)晶提純。真空干燥后,得到純凈的CH3NH3I晶體。(3)采用兩步法生成鈣鈦礦吸收層,負載于二氧化鈦多孔層上,旋涂完Spiro-MeOTAD后,對電池進行封裝測試。并對兩步法形成鈣鈦礦時的浸泡時間進行調(diào)節(jié)、優(yōu)化。隨著浸泡時間的增長,鈣鈦礦層厚度先增加,后減少。且浸泡時間過短時,碘化鉛反應(yīng)不完全。通過實驗得知,當(dāng)浸泡60s時為最優(yōu)浸泡時間。對二氧化鈦多孔層厚度進行調(diào)節(jié)、優(yōu)化。當(dāng)二氧化鈦多孔層前驅(qū)液分別旋涂1、2、3次時,其厚度分別為180nm、380nm、460nm。形成的鈣鈦礦的厚度也隨之增加。實驗得知,當(dāng)二氧化鈦多孔層厚度約為380nm時,鈣鈦礦太陽能電池的效率最優(yōu)。綜合以上兩項優(yōu)化條件,光電轉(zhuǎn)換效率最高為11.1%。
【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽能電池 二氧化鈦致密層 二氧化鈦多孔層 兩步法 Spiro-MeOTAD
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(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
• ABSTRACT7-14
• 第一章 緒論14-31
• 1.1 研究背景14
• 1.2 鈣鈦礦簡介14-16
• 1.3 鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)和原理16-20
• 1.3.1 鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)分類16-17
• 1.3.2 鈣鈦礦太陽能電池的工作原理17-20
• 1.4 鈣鈦礦太陽能電池的組成20-26
• 1.4.1 電子傳輸層材料21-22
• 1.4.2 空穴傳輸層材料22-24
• 1.4.3 鈣鈦礦材料24-26
• 1.5 鈣鈦礦太陽能電池的光電性能評估26-29
• 1.5.1 鈣鈦礦太陽能電池的等效電路圖26-27
• 1.5.2 鈣鈦礦太陽能電池的評估方法27-29
• 1.6 課題研究內(nèi)容及意義29-31
• 第二章 體異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池31-50
• 2.1 實驗試劑與儀器設(shè)備31-33
• 2.2 CH_3NH_3I的制備和表征33-35
• 2.2.1 CH_3NH_3I的制備33
• 2.2.2 CH_3NH_3I的特性33-34
• 2.2.3 CH_3NH_3I的XRD表征34-35
• 2.3 鈣鈦礦太陽能電池的制備與優(yōu)化35-48
• 2.3.1 鈣鈦礦太陽能電池的制備35-39
• 2.3.2 鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)表征39-41
• 2.3.3 浸泡時間對鈣鈦礦太陽能電池光電性能的影響41-43
• 2.3.4 浸泡時間對鈣鈦礦太陽能電池IPCE的影響43-44
• 2.3.5 浸泡時間不同形成的鈣鈦礦形貌表征44-47
• 2.3.6 浸泡時間不同形成的鈣鈦礦XRD表征47
• 2.3.7 浸泡時間不同形成的鈣鈦礦紫外-可見吸收光譜表征47-48
• 2.4 本章小結(jié)48-50
• 第三章 鈣鈦礦電池中TIO_2多孔層的厚度優(yōu)化50-63
• 3.1 實驗試劑與儀器設(shè)備50-52
• 3.2 不同厚度二氧化鈦多孔層的制備與表征52-53
• 3.2.1 不同厚度二氧化鈦多孔層的制備52
• 3.2.2 不同厚度二氧化鈦多孔層的SEM表征52-53
• 3.3 二氧化鈦多孔層厚度不同的鈣鈦礦太陽能電池的制備與表征53-61
• 3.3.1 二氧化鈦多孔層厚度不同的鈣鈦礦太陽能電池的制備53-54
• 3.3.2 二氧化鈦多孔層厚度對鈣鈦礦太陽能電池的影響54-56
• 3.3.3 不同二氧化鈦多孔層厚度對鈣鈦礦太陽能電池的IPCE表征56-57
• 3.3.4 TiO_2多孔層厚度不同時的鈣鈦礦形貌表征57-60
• 3.3.5 TiO_2多孔層厚度不同時鈣鈦礦的XRD表征60-61
• 3.3.6 TiO_2多孔層厚度不同時鈣鈦礦的紫外-可見吸收光譜表征61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 第四章 結(jié)論63-64
• 參考文獻64-68
• 致謝68-70
• 研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文70-72
• 作者與導(dǎo)師簡介72-73
• 碩士研究生學(xué)位論文答辯委員會決議書73-74

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