本文選題：鈣鈦礦太陽能電池 + 仲丁醇　； 參考：《太原理工大學》2017年博士論文

【摘要】：有機無機鹵化物鈣鈦礦材料具有光吸收系數(shù)高,激子結合能相對較低,載流子遷移高且傳輸距離長,電子和空穴的雙極傳輸?shù)裙鈱W和電學特性,迅速成為太陽能電池領域的“明星”材料。近年來,鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展極為迅速,短短幾年之間傳統(tǒng)結構鈣鈦礦電池最高認證效率已經(jīng)達到22.1%,但是制備工藝簡單、可低溫成膜、無明顯回滯效應等優(yōu)點的倒置結構鈣鈦礦電池文獻報道的最高效率只有20.3%,相比于傳統(tǒng)介孔結構鈣鈦礦電池還稍顯不足。在構成鈣鈦礦太陽能電池的關鍵材料中,鈣鈦礦活性層的成膜質量,電子和空穴傳輸層的選擇和優(yōu)化對于提升鈣鈦礦太陽能電池的效率尤為重要,因此一直是鈣鈦礦太陽能電池領域的研究熱點。本論文首先通過溶劑工程方法,調控鈣鈦礦薄膜晶體成核與生長過程,從而制備均勻、致密、大晶粒尺寸的高質量鈣鈦礦薄膜。其次通過界面工程選擇和優(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化效率。主要結果如下所示:(1)通過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、均勻且無針孔的鈣鈦礦薄膜。在鈣鈦礦薄膜制備過程中,仲丁醇被用來促使鈣鈦礦濕膜快速成核結晶以及調節(jié)預制鈣鈦礦薄膜中的前驅體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,仲丁醇具有無毒無害,制備薄膜重復性好,且制備過程不需要介孔支架輔助結晶等優(yōu)點。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晶生長過程。最后,使用仲丁醇制備的倒置結構鈣鈦礦電池最高效率可達14.3%,而且沒有明顯的遲滯效應。(2)通過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。在薄膜制備過程中,改變預退火溫度和溶劑后退火氛圍等參數(shù),可以對鈣鈦礦成膜質量和晶粒尺寸進行調控,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,薄膜上下結晶一致,沒有明顯晶界存在。我們詳細對比了不同質量的鈣鈦礦活性層對鈣鈦礦電池光伏性能的影響,并且發(fā)現(xiàn)當薄膜晶粒尺寸足夠大時,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75%的填充因子和15.7%的光電轉換效率。(3)通過使用聚苯乙烯(ps)微球作為模板制備納米碗狀多孔pedot:pss薄膜。通過系統(tǒng)表征和對比,我們發(fā)現(xiàn)在多孔空穴傳輸層表面沉積的鈣鈦礦薄膜,晶粒尺寸和質量都有明顯提高。多孔結構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構的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能電池。實驗結果顯示,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會在PTAA帶隙之中引入雜質陷阱能級,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引起的界面復合�；赑EDOT:PSS/PTAA空穴傳輸層的鈣鈦礦電池最高效率可達19.98%,這個效率說明PEDOT:PSS/PTAA是實現(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：1912879