本文選題：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 + 仲丁醇�。� 參考：《太原理工大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：有機(jī)無(wú)機(jī)鹵化物鈣鈦礦材料具有光吸收系數(shù)高,激子結(jié)合能相對(duì)較低,載流子遷移高且傳輸距離長(zhǎng),電子和空穴的雙極傳輸?shù)裙鈱W(xué)和電學(xué)特性,迅速成為太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的“明星”材料。近年來(lái),鈣鈦礦太陽(yáng)能電池發(fā)展極為迅速,短短幾年之間傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池最高認(rèn)證效率已經(jīng)達(dá)到22.1%,但是制備工藝簡(jiǎn)單、可低溫成膜、無(wú)明顯回滯效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)的倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池文獻(xiàn)報(bào)道的最高效率只有20.3%,相比于傳統(tǒng)介孔結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池還稍顯不足。在構(gòu)成鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的關(guān)鍵材料中,鈣鈦礦活性層的成膜質(zhì)量,電子和空穴傳輸層的選擇和優(yōu)化對(duì)于提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率尤為重要,因此一直是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文首先通過(guò)溶劑工程方法,調(diào)控鈣鈦礦薄膜晶體成核與生長(zhǎng)過(guò)程,從而制備均勻、致密、大晶粒尺寸的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。其次通過(guò)界面工程選擇和優(yōu)化新型空穴傳輸層,降低鈣鈦礦電池活性層與空穴傳輸層之間的能量損失,從而提高鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)化效率。主要結(jié)果如下所示:(1)通過(guò)在一步法鈣鈦礦成膜工藝中使用仲丁醇作為清洗反溶劑,成功制備出平整、均勻且無(wú)針孔的鈣鈦礦薄膜。在鈣鈦礦薄膜制備過(guò)程中,仲丁醇被用來(lái)促使鈣鈦礦濕膜快速成核結(jié)晶以及調(diào)節(jié)預(yù)制鈣鈦礦薄膜中的前驅(qū)體ch3nh3i(mai)含量。相比于甲苯、氯苯和乙醚等被廣泛使用的清洗反溶劑,仲丁醇具有無(wú)毒無(wú)害,制備薄膜重復(fù)性好,且制備過(guò)程不需要介孔支架輔助結(jié)晶等優(yōu)點(diǎn)。此外,本文使用sem和xrd等表征手段,系統(tǒng)研究并揭示了仲丁醇控制鈣鈦礦薄膜的成核和結(jié)晶生長(zhǎng)過(guò)程。最后,使用仲丁醇制備的倒置結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池最高效率可達(dá)14.3%,而且沒(méi)有明顯的遲滯效應(yīng)。(2)通過(guò)使用順序熱處理和溶劑退火的方法,成功制備出表面均勻并且大晶粒尺寸的ch3nh3pbi3鈣鈦礦薄膜。在薄膜制備過(guò)程中,改變預(yù)退火溫度和溶劑后退火氛圍等參數(shù),可以對(duì)鈣鈦礦成膜質(zhì)量和晶粒尺寸進(jìn)行調(diào)控,使得不同厚度的鈣鈦礦薄膜都是由單層鈣鈦礦晶粒堆積而成,薄膜上下結(jié)晶一致,沒(méi)有明顯晶界存在。我們?cè)敿?xì)對(duì)比了不同質(zhì)量的鈣鈦礦活性層對(duì)鈣鈦礦電池光伏性能的影響,并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄膜晶粒尺寸足夠大時(shí),鈣鈦礦電池性能不再受到鈣鈦礦活性層厚度影響,即使鈣鈦礦薄膜厚度增加到1μm,鈣鈦礦電池還擁有超過(guò)75%的填充因子和15.7%的光電轉(zhuǎn)換效率。(3)通過(guò)使用聚苯乙烯(ps)微球作為模板制備納米碗狀多孔pedot:pss薄膜。通過(guò)系統(tǒng)表征和對(duì)比,我們發(fā)現(xiàn)在多孔空穴傳輸層表面沉積的鈣鈦礦薄膜,晶粒尺寸和質(zhì)量都有明顯提高。多孔結(jié)構(gòu)還可以增加空穴傳輸層與鈣鈦礦活性層之間的接觸面積,因此空穴收集能力也顯著提高。使用多孔pedot:pss作為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池最高效率可以從平面結(jié)構(gòu)的15.33%提高到17.32%。使用界面工程的方法可以提高鈣鈦礦薄膜質(zhì)量,這為鈣鈦礦電池性能提升打開新的思路。(4)分別使用PEDOT:PSS、PTAA:F4-TCNQ、PEDOT:PSS/PTAA三種空穴傳輸層制備鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,相比于傳統(tǒng)空穴傳輸材料PEDOT:PSS,使用PTAA:F4-TCNQ作為空穴傳輸層可以明顯提高鈣鈦礦電池的開路電壓。但是摻雜F4-TCNQ會(huì)在PTAA帶隙之中引入雜質(zhì)陷阱能級(jí),造成空穴傳輸層界面能量損失,從而降低鈣鈦礦電池效率。為此,我們開發(fā)出PEDOT:PSS/PTAA復(fù)合空穴傳輸層,僅有2 4nm厚的PTAA既可以保證電池空穴傳輸效率,又可以避免摻雜F4-TCNQ引起的界面復(fù)合�；赑EDOT:PSS/PTAA空穴傳輸層的鈣鈦礦電池最高效率可達(dá)19.98%,這個(gè)效率說(shuō)明PEDOT:PSS/PTAA是實(shí)現(xiàn)高性能鈣鈦礦電池的有效空穴傳輸層。
[Abstract]:In recent years , a new type of perovskite thin film with uniform , compact and large grain size has been prepared by using sec - butyl alcohol as cleaning solvent . (2)閫氳繃浣跨敤欏哄簭鐑鐞嗗拰婧跺墏閫，

本文編號(hào)：1912879