蒸汽修復(fù)制備低陷阱態(tài)鈣鈦礦薄膜研究
發(fā)布時(shí)間：2021-09-19 04:38
在短短的十年內(nèi)鈣鈦礦太陽能電池（perovskite solar cells,PSCs）的轉(zhuǎn)換效率（power conversion efficiency,PCE）就從3.81%提高到了25.2%。由于遠(yuǎn)離熱力學(xué)平衡,溶液制備方法沉積的鈣鈦礦薄膜通常含有大量缺陷,這造成了嚴(yán)重的非輻射復(fù)合損失,最終使得PCE無法接近Shockley-Queisser理論極限（約為33%）。同時(shí),對于工業(yè)化生產(chǎn)的大面積、高厚度的PSCs,由于薄膜厚度增加,陷阱數(shù)量會呈幾何倍數(shù)增加。因此有效的缺陷鈍化對于制備低陷阱態(tài)的鈣鈦礦薄膜不可或缺。在本論文中,我們專注于降低鈣鈦礦薄膜的缺陷密度,制備低缺陷密度鈣鈦礦薄膜。氯離子（Cl-）作為常見的陰離子鈍化劑,經(jīng)常用于低陷阱鈣鈦礦薄膜的制備。一方面,退火過程中氯化甲胺（MACl）的揮發(fā)會減緩鈣鈦礦的結(jié)晶,導(dǎo)致晶界的減少、晶粒尺寸的增大,這有利于載流子在鈣鈦礦活性層的傳輸;另一方面,在鈣鈦礦的晶界處,由于Cl-的添加,缺陷誘發(fā)的深能級陷阱被鈍化,從而非輻射復(fù)合得到抑制。甲胺（methylamine,MA）氣體作為一種路易斯堿,...
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：84 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
019年太陽能電池中國最高效率圖表
第一章緒論3時(shí)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)才相對穩(wěn)定。當(dāng)0.89<t<1.00時(shí)，鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)為立方相結(jié)構(gòu)；而當(dāng)1.00<t<1.11時(shí)，無機(jī)層會被過大的有機(jī)層撐開從而形成層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；當(dāng)0.81<t<0.89時(shí)，鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)為對稱性較低的四方相或者正交相[14]。盡管如此，隨著溫度升高，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)最終還是會完成向立方相的轉(zhuǎn)變[15]。圖1-2AMX3鈣鈦礦晶胞的球棒模型以及晶胞延伸至三維空間的多面體結(jié)構(gòu)[16]鈣鈦礦材料由于制備工藝簡單，成本低廉，而且具有強(qiáng)烈的光吸收（1.5×104cm1）[17,18]、可調(diào)節(jié)的光學(xué)帶隙[19]、較高的載流子遷移率和較長的載流子擴(kuò)散長度[20,21]，以及淺的缺陷能級[22]等優(yōu)勢，已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域的新寵，受到了科研工作者們的廣泛關(guān)注。1.3鈣鈦礦太陽能電池1.3.1鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程如圖1-3所示，PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率（photoelectricconversionefficiency,PCE）在短短10年間獲得了飛速的發(fā)展。在2009年，Miyasaka研究小組[5]在染料敏化太陽能電池中使用甲胺鉛碘（CH3NH3PbI3,MAPbI3）鈣鈦礦作為光吸收劑材料，使得功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到3.81%，但由于穩(wěn)定性差，所有器件都無法長期工作。
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3太陽能電池最佳認(rèn)證效率圖表[7]2012年，Park與Grtzel課題組[23]合作，將2,2",7,7"-四(N,N-二對甲氧基苯胺)-9,9"-螺二芴（2,2",7,7"-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9"-spirobifluorene,spiro-MeOTAD）作為空穴傳輸層引入全固態(tài)PSCs中。這使得PSCs即使在不封裝的情況下放置500小時(shí)光電性能也沒有明顯的下降，同時(shí)將PCE提高到了9.7%。spiro-MeOTAD的引入與全固態(tài)鈣鈦礦電池的開發(fā)極大地提高了電池的長期穩(wěn)定性，其PCE也突破了染料敏化太陽能電池的最高效率。自此以后，PSCs作為一種新型太陽能電池開始引起人們的廣泛關(guān)注。2013年，Grtzel研究小組[24]開發(fā)了順序沉積方法用于鈣鈦礦薄膜的制備。他們將PbI2沉積在介孔二氧化鈦（TiO2）上，再浸入甲胺碘（CH3NH3I）的異丙醇溶液中。與沉積在平板TiO2上不同，在介孔TiO2上沉積的PbI2可以將尺寸限制在22nm，這極大地縮短了反應(yīng)時(shí)間（僅用幾十秒即可實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦的相轉(zhuǎn)換）并且使PbI2完全反應(yīng)，最終得到15.0%的PCE（認(rèn)證效率14.1%）。而對于沉積在平坦表面的PbI2，其晶粒尺寸為50-200nm，這使得反應(yīng)時(shí)間延長到幾個(gè)小時(shí)[25]。同年，Snaith研究小組[26]開發(fā)出雙源氣相沉積薄膜制備工藝，并制備了平整、致密的CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦薄膜，使PCE達(dá)到15.4%。2014年，Seok研究小組[27]開發(fā)了一種溶劑工程技術(shù)，通過在旋涂過程中滴加反溶劑甲苯形成了非常均勻且致密的鈣鈦礦薄膜，還詳細(xì)地研究了鈣鈦礦成膜過程的微觀機(jī)理，并通過調(diào)節(jié)介孔TiO2層厚度得到了幾乎沒有回滯的高性能PSCs，其PCE達(dá)到了16.5%（認(rèn)證效率16.2%）。與此同時(shí)，Snaith研究小組[28]引入了新型的FA+代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MA+，并對其進(jìn)行了一系列的表征。他們發(fā)現(xiàn)由于帶隙下降到1.48eV，?
本文編號：3401031
【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：84 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
019年太陽能電池中國最高效率圖表
第一章緒論3時(shí)，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)才相對穩(wěn)定。當(dāng)0.89<t<1.00時(shí)，鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)為立方相結(jié)構(gòu)；而當(dāng)1.00<t<1.11時(shí)，無機(jī)層會被過大的有機(jī)層撐開從而形成層狀鈣鈦礦結(jié)構(gòu)；當(dāng)0.81<t<0.89時(shí)，鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)為對稱性較低的四方相或者正交相[14]。盡管如此，隨著溫度升高，鈣鈦礦結(jié)構(gòu)最終還是會完成向立方相的轉(zhuǎn)變[15]。圖1-2AMX3鈣鈦礦晶胞的球棒模型以及晶胞延伸至三維空間的多面體結(jié)構(gòu)[16]鈣鈦礦材料由于制備工藝簡單，成本低廉，而且具有強(qiáng)烈的光吸收（1.5×104cm1）[17,18]、可調(diào)節(jié)的光學(xué)帶隙[19]、較高的載流子遷移率和較長的載流子擴(kuò)散長度[20,21]，以及淺的缺陷能級[22]等優(yōu)勢，已經(jīng)成為新能源領(lǐng)域的新寵，受到了科研工作者們的廣泛關(guān)注。1.3鈣鈦礦太陽能電池1.3.1鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程如圖1-3所示，PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率（photoelectricconversionefficiency,PCE）在短短10年間獲得了飛速的發(fā)展。在2009年，Miyasaka研究小組[5]在染料敏化太陽能電池中使用甲胺鉛碘（CH3NH3PbI3,MAPbI3）鈣鈦礦作為光吸收劑材料，使得功率轉(zhuǎn)換效率達(dá)到3.81%，但由于穩(wěn)定性差，所有器件都無法長期工作。
電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文4圖1-3太陽能電池最佳認(rèn)證效率圖表[7]2012年，Park與Grtzel課題組[23]合作，將2,2",7,7"-四(N,N-二對甲氧基苯胺)-9,9"-螺二芴（2,2",7,7"-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenyl-amine)-9,9"-spirobifluorene,spiro-MeOTAD）作為空穴傳輸層引入全固態(tài)PSCs中。這使得PSCs即使在不封裝的情況下放置500小時(shí)光電性能也沒有明顯的下降，同時(shí)將PCE提高到了9.7%。spiro-MeOTAD的引入與全固態(tài)鈣鈦礦電池的開發(fā)極大地提高了電池的長期穩(wěn)定性，其PCE也突破了染料敏化太陽能電池的最高效率。自此以后，PSCs作為一種新型太陽能電池開始引起人們的廣泛關(guān)注。2013年，Grtzel研究小組[24]開發(fā)了順序沉積方法用于鈣鈦礦薄膜的制備。他們將PbI2沉積在介孔二氧化鈦（TiO2）上，再浸入甲胺碘（CH3NH3I）的異丙醇溶液中。與沉積在平板TiO2上不同，在介孔TiO2上沉積的PbI2可以將尺寸限制在22nm，這極大地縮短了反應(yīng)時(shí)間（僅用幾十秒即可實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦的相轉(zhuǎn)換）并且使PbI2完全反應(yīng)，最終得到15.0%的PCE（認(rèn)證效率14.1%）。而對于沉積在平坦表面的PbI2，其晶粒尺寸為50-200nm，這使得反應(yīng)時(shí)間延長到幾個(gè)小時(shí)[25]。同年，Snaith研究小組[26]開發(fā)出雙源氣相沉積薄膜制備工藝，并制備了平整、致密的CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦薄膜，使PCE達(dá)到15.4%。2014年，Seok研究小組[27]開發(fā)了一種溶劑工程技術(shù)，通過在旋涂過程中滴加反溶劑甲苯形成了非常均勻且致密的鈣鈦礦薄膜，還詳細(xì)地研究了鈣鈦礦成膜過程的微觀機(jī)理，并通過調(diào)節(jié)介孔TiO2層厚度得到了幾乎沒有回滯的高性能PSCs，其PCE達(dá)到了16.5%（認(rèn)證效率16.2%）。與此同時(shí)，Snaith研究小組[28]引入了新型的FA+代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MA+，并對其進(jìn)行了一系列的表征。他們發(fā)現(xiàn)由于帶隙下降到1.48eV，?
本文編號：3401031
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