本文關(guān)鍵詞：基于兩步法的鈣鈦礦薄膜制備以及其在低溫鈣鈦礦電池的應(yīng)用

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【摘要】：近年來,受能源危機(jī)及環(huán)境問題的影響,人們一直在尋找一種能夠替代傳統(tǒng)化石能源方法。其中太陽能電池以低成本及可再生的優(yōu)勢(shì)吸引了越來越多人的注意。在過去的五年當(dāng)中,鈣鈦礦太陽能電池(PSC)效率飆升,成為太陽能電池領(lǐng)域里冉冉升起的一顆新星。雖然鈣鈦礦電池器件效率一直在上升,但是依然存在一些問題制約著鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展,例如:1.在平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池中,理想的鈣鈦礦層成為獲得高能量轉(zhuǎn)換效率的必要條件之一。人們發(fā)現(xiàn)在CH3NH3Pb I_3中存在適量的碘化鉛晶體能夠鈍化鈣鈦礦薄膜晶界,抑制電子空穴的復(fù)合,提升短路電流。兩步順序沉積法已經(jīng)廣泛用于在鈣鈦礦太陽能電池中。這種方法將Pb I_2前驅(qū)體薄膜浸漬到碘化甲胺(CH3NH3I,MAI)中制備CH3NH3Pb I_3活性層。通過該方法制備的PSC的光伏性能的差異總是被歸因于不同浸漬時(shí)間將會(huì)引起Pb I_2完全/不完全轉(zhuǎn)化為CH3NH3Pb I_3。2.無機(jī)金屬氧化物電子傳輸層被廣泛地用于鈣鈦礦太陽能電池中。大多數(shù)無機(jī)電子傳輸層需要高溫以形成導(dǎo)電性良好和無缺陷的薄膜。而這些方法將會(huì)限制其在柔性器件中的使用以及將來商業(yè)化的應(yīng)用。因此,如何得到一種可低溫柔性制備的電子傳輸層成為鈣鈦礦太陽能電池領(lǐng)域里一項(xiàng)重要的問題之一。針對(duì)以上兩個(gè)問題我們提出兩種解決方案:1.為了解決第一個(gè)問題,我們采用溶劑蒸汽退火(SVA)方法制備大晶粒尺寸的Pb I_2晶體,以制備得到高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜。使用該方法,發(fā)現(xiàn)在CH_3NH_3I溶液中增加的Pb I_2浸漬時(shí)間會(huì)降低得到的PSC的能量轉(zhuǎn)換效率,而鈣鈦礦膜中Pb I_2/CH_3NH_3Pb I_3的含量并沒有明顯的變化。我們通過紫外-可見光吸收,X射線衍射,傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)和掃描電子顯微鏡的測(cè)試探究了這種變化的來源。我們將這種光伏性能的異常減少是因?yàn)镃H3NH3Pb I_3殼層對(duì)Pb I_2核的插層/脫嵌。這將會(huì)導(dǎo)致對(duì)Pb I_2和CH3NH3Pb I_3晶格的摻雜效應(yīng)以及在表面上形成CH3NH3Pb I_3覆蓋層�；谖覀兊陌l(fā)現(xiàn),采用多次浸漬-干燥法作為替代方法去改善結(jié)晶質(zhì)量。我們將這種方法應(yīng)用在低溫制備的無致密層的鈣鈦礦太陽能電池當(dāng)中。我們用ITO/CH3NH3Pb I_3/sprio-OMe TAD/Ag結(jié)構(gòu),得到最高的能量轉(zhuǎn)換效率為11.4%。2.為了解決第二個(gè)問題,我們?cè)O(shè)計(jì)一種低溫制備的Zn O/Zn S納米粒子作為電子傳輸層應(yīng)用在鈣鈦礦太陽能電池當(dāng)中。通過制備這種混合的納米粒子的薄膜,明顯提升了薄膜的表面形貌,抑制在電子傳輸層和鈣鈦礦層之間的界面處的復(fù)合的。此外,我們通過UPS,UV-Vis吸收光譜測(cè)試了Zn O/Zn S薄膜的價(jià)帶能級(jí),導(dǎo)帶能級(jí)以及帶隙寬度。發(fā)現(xiàn)合適的能級(jí)將會(huì)促進(jìn)電荷提取并且因此提高了鈣鈦礦太陽能電池的電流密度。在穩(wěn)定和瞬態(tài)狀態(tài)下測(cè)量了CH3NH3Pb I_3和Zn O,Zn O/Zn S的光致發(fā)光光譜。用來表征,CH3NH3Pb I_3與Zn O和Zn O/Zn S的界面之間的復(fù)合問題。我們發(fā)現(xiàn)合適的能級(jí)以及良好的界面接觸能夠提升鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率。結(jié)合以上開發(fā)的基于SVA的兩步法制備的鈣鈦礦薄膜,我們實(shí)現(xiàn)了基于Zn O/Zn S的鈣鈦礦太陽能電池能夠得到11.9%的能量轉(zhuǎn)換效率。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O484;TM914.4

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