本文關(guān)鍵詞：連續(xù)沉積法制備鈣鈦礦薄膜研究及在鈣鈦礦太陽(yáng)電池中的應(yīng)用

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【摘要】：人類社會(huì)的不斷發(fā)展給世界帶來(lái)了能源危機(jī)和環(huán)境污染兩大難題。將地球上最豐富的清潔可再生能源太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的光伏發(fā)電被認(rèn)為是解決這兩大難題的最有效途徑之一,而光伏發(fā)電的核心為太陽(yáng)電池。有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦(ABX3,A=CH3NH2、CH(NH)2;B=Pb;X=Cl,Br,I)材料具有合適的禁帶寬度和直接帶隙、高的吸光系數(shù)、高的電荷遷移率、能同時(shí)傳輸電子和空穴的雙極性和長(zhǎng)的電子擴(kuò)散長(zhǎng)度等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛用作薄膜太陽(yáng)電池的光活性層,基于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦材料的鈣鈦礦太陽(yáng)電池在短短的七年時(shí)間里光電轉(zhuǎn)換效率從3.8%增加到了 22.1%,應(yīng)用前景十分明朗。目前各種制備鈣鈦礦薄膜的方法都被研發(fā)并應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池中,其中連續(xù)沉積法是最為常用和重要的方法之一。本文從鈣鈦礦光活性層薄膜的制備方法入手,重點(diǎn)研究了連續(xù)沉積法制備鈣鈦礦薄膜的工藝和機(jī)理及其對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池內(nèi)部電子復(fù)合動(dòng)力學(xué)過(guò)程及器件光伏性能的影響。在本文中,我們研究了電子傳輸層的結(jié)構(gòu)和形貌對(duì)連續(xù)沉積法制備鈣鈦礦薄膜的影響,并制備了下半部分致密上半部分為介孔的連續(xù)的致密介孔Ti02電子傳輸層,該電子傳輸層不僅能促進(jìn)鈣鈦礦電池內(nèi)部電子傳輸,減少電荷復(fù)合,還有利于鈣鈦礦光活性層的沉積和填充。采用連續(xù)沉積法制備了基于該電子傳輸層的介孔鈣鈦礦太陽(yáng)電池,其光電轉(zhuǎn)換效率和一致性方面都有了巨大的提高。在連續(xù)沉積法制備鈣鈦礦薄膜的過(guò)程中,PbI2薄膜的形貌對(duì)鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量起著決定性的作用。常規(guī)方法制備的PbI2薄膜過(guò)于致密而且不均勻會(huì)導(dǎo)致與MAI反應(yīng)不充分,生成的鈣鈦礦薄膜含有大量的PbI2殘留而且形貌比較差,嚴(yán)重影響鈣鈦礦太陽(yáng)電池的光電性能。通過(guò)采用IPAHC1作為添加劑于PbI[2的DMF的溶液中制備了原位潤(rùn)濕PbI2納米片陣列薄膜(HP-PbI2),然后與MAI反應(yīng)獲得了高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜�；贖P-PbI2制備的鈣鈦礦薄膜的介孔鈣鈦礦太陽(yáng)電池獲得了最高19.2%的光電轉(zhuǎn)化效率,不但其光伏參數(shù)的一致性優(yōu)于常規(guī)連續(xù)沉積法制備的介孔鈣鈦礦太陽(yáng)電池,電池的穩(wěn)定性也獲得非常大的提高。采用連續(xù)沉積法制備的鈣鈦礦薄膜經(jīng)常會(huì)由于PbI2與CH3NH3I(MAI)反應(yīng)不充分而產(chǎn)生大量的PbI2殘留。我們研究了 PbI2殘留對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池光伏性能產(chǎn)生的不利影響,詳細(xì)分析了其原因和機(jī)理�；赑bI2殘留的問(wèn)題,我們對(duì)傳統(tǒng)的連續(xù)沉積法制備鈣鈦礦薄膜工藝進(jìn)行了改進(jìn),發(fā)展了一種三明治前驅(qū)薄膜MAI-PbI2-MAI的方法來(lái)制備高質(zhì)量無(wú)PbI2殘留的鈣鈦礦薄膜。基于該薄膜的鈣鈦礦太陽(yáng)電池獲得了 17.8%的光電轉(zhuǎn)化效率,其開路電壓為1.10V,短路電流密度為21.08 mA cm-2,填充因子為0.77,并且穩(wěn)定性有了大幅的提高。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)電池(平板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)電池和介孔結(jié)構(gòu)的太陽(yáng)電池),對(duì)鈣鈦礦光活性薄膜的質(zhì)量要求也不同。本文系統(tǒng)研究了連續(xù)沉積法制備平板鈣鈦礦太陽(yáng)電池和介孔鈣鈦礦太陽(yáng)電池中對(duì)于鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的要求,詳細(xì)分析了其原因和機(jī)理。基于這些機(jī)理,我們開發(fā)了一種基于連續(xù)沉積法制備高效穩(wěn)定的平板鈣鈦礦太陽(yáng)電池的新方法。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TM914.4

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 陳志雄,付剛,唐大海;影響鈣鈦礦結(jié)構(gòu)陶瓷n型半導(dǎo)化的結(jié)構(gòu)因素[J];壓電與聲光;1999年06期

2 王曉莉,姚熹;復(fù)雜組成鈣鈦礦材料中的納米分相[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào);1995年09期

3 莊志強(qiáng);王蘊(yùn)輝;施紅陽(yáng);;鈮鎂酸鉛類鈣鈦礦結(jié)構(gòu)鐵電多晶體的制備技術(shù)[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1992年03期

4 趙旭,栗萍,唐貴德,張變芳,禹日程;Nb摻雜對(duì)雙鈣鈦礦化合物居里溫度的影響[J];河北師范大學(xué)學(xué)報(bào);2004年04期

5 李福q，

本文編號(hào)：1260996