發(fā)布時(shí)間：2018-05-27 14:08

  本文選題：鈣鈦礦太陽能電池 + 空穴傳輸材料�。� 參考：《中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)》2017年博士論文

【摘要】：太陽能技術(shù)是解決世界能源危機(jī)的有效手段,而高效率、低成本的太陽能電池是光伏系統(tǒng)的基礎(chǔ)。近年來,鈣鈦礦太陽能電池效率不斷取得突破,并且可以用低成本的溶液法制備,受到科研人員和工業(yè)界的關(guān)注。盡管在實(shí)驗(yàn)室條件下鈣鈦礦太陽能電池的效率已經(jīng)接近傳統(tǒng)硅太陽能電池,但目前鈣鈦礦太陽能電池制備技術(shù)尚未達(dá)到大規(guī)模使用的要求,仍然有待改進(jìn)。例如,盡管鈣鈦礦層制備成本較低,但器件的其他部分例如空穴傳輸材料、Au對電極以及鈣鈦礦太陽能電池中常用的界面修飾材料價(jià)格昂貴,提高了器件總體成本。此外,鈣鈦礦制備工藝也需要更精確的控制,以降低制備環(huán)境對產(chǎn)品的影響。本論文就鈣鈦礦太陽能電池中材料和制備過程參數(shù)控制展開研究,主要結(jié)論如下:(1)合成了一種低成本的新型小分子空穴傳輸材料,分子結(jié)構(gòu)為2TPA-n-DP(n=1,2,3,4)。成功制備了使用2TPA-n-DP作為空穴傳輸材料、CH3NH3PbI3作為吸光層的鈣鈦礦太陽能電池。幾種空穴傳輸材料中,2TPA-2-DP效率最高。通過優(yōu)化TiO2介孔層厚度,使用2TPA-2-DP的器件達(dá)到了12.96%的轉(zhuǎn)化效率。該效率與相同制備和測試條件下采用傳統(tǒng)空穴傳輸材料Spiro-OMeTAD的器件效率相當(dāng)。對使用2TPA-n-DP的器件性能進(jìn)行了進(jìn)一步研究。瞬態(tài)熒光光譜測試表明,在perovskite/2TPA-2-DP界面上載流子抽取速度更快。使用電化學(xué)阻抗譜測試2TPA-2-DP的電子阻擋能力,結(jié)果表明使用了2TPA-2-DP的器件電子轉(zhuǎn)移阻抗增大,暗電流降低,復(fù)合減小。此外,一個(gè)月的穩(wěn)定性測試表明,使用2TPA-n-DP的器件穩(wěn)定性良好。(2)通過加熱MAI溶液,將反應(yīng)溫度作為調(diào)控反應(yīng)的關(guān)鍵參數(shù),引入到兩步溶液法制備CH3NH3Pb I3吸光層的實(shí)驗(yàn)中。研究發(fā)現(xiàn),反應(yīng)溫度對反應(yīng)速度具有顯著影響,提高反應(yīng)溫度可以顯著降低無介孔層情況下由致密的PbI2層生成鈣鈦礦所需的時(shí)間。生成的CH3NH3PbI3膜中,晶粒大小隨著反應(yīng)溫度提高逐漸增大,表面粗糙程度也隨之增大。系統(tǒng)研究了反應(yīng)溫度對于生成的鈣鈦礦薄膜性質(zhì)的影響。實(shí)驗(yàn)表明,在較高溫度下生長的CH3NH3PbI3膜載流子傳輸性能更好、異質(zhì)結(jié)內(nèi)建電場更大、復(fù)合更低。對比實(shí)驗(yàn)證明,通過提高反應(yīng)溫度可以提升器件性能。通過優(yōu)化反應(yīng)溫度,介孔結(jié)構(gòu)的器件最高效率達(dá)到17.40%,平面結(jié)構(gòu)的器件最高效率達(dá)到14.02%。(3)鈣鈦礦太陽能電池相關(guān)研究中,對TiO2/鈣鈦礦界面進(jìn)行修飾是提高器件效率的有效方式。本文采用苯甲酸衍生物作為修飾材料,對鈣鈦礦太陽能電池中TiO2/鈣鈦礦界面進(jìn)行修飾并系統(tǒng)研究了修飾對于器件性能的影響。XRD、吸收譜和SEM測試結(jié)果顯示,界面修飾對于TiO2層上沉積的鈣鈦礦膜厚度、光學(xué)性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)和形貌沒有影響。瞬態(tài)熒光光譜和電化學(xué)阻抗譜測試表明,界面修飾可以增強(qiáng)TiO2抽取電子能力、鈍化界面處的缺陷。通過對比實(shí)驗(yàn)研究了苯甲酸衍生物對位上不同基團(tuán)的影響。苯甲酸、4-氯苯甲酸、4-氨基苯甲酸和4-硝基苯甲酸中,4-氯苯甲酸修飾的器件性能最佳。4-氯苯甲酸修飾后的樣品效率為18.43%,高于對比組的17.46%。穩(wěn)態(tài)輸出效率測試中,4-氯苯甲酸修飾后的樣品效率為17.19%,高于對比組的16.17%。
[Abstract]:In recent years , the efficiency of perovskite solar cells has been improved . The results show that the efficiency of the perovskite solar cells is high . The results show that the efficiency of the perovskite solar cells is higher than that of conventional silicon solar cells . ( 3 ) In the related research of the perovskite solar cell , the modification of the TiO2 / perovskite interface is an effective way to improve the efficiency of the device . The effect of modification on the properties of the device is studied by using the benzoic acid derivative as the modified material . The results of XRD , absorption spectrum and SEM show that the interface modification has no influence on the thickness , the optical property , the crystal structure and the morphology of the perovskite film deposited on the TiO2 layer . The results show that the efficiency of the interface modification after the modification of 4 - chlorobenzoic acid is 18.43 % , which is higher than that of the contrast group 17.19 % , which is higher than that of the contrast group 16.17 % .
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM914.4

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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;;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：1942398