能源危機和環(huán)境污染是目前人類亟待解決的問題。太陽能作為一種清潔、可持續(xù)的能源,是替代不可再生化石能源的最佳候選者。目前,光伏技術(shù)是一種直接將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的有效方式,受到廣泛的關(guān)注�；诠瑁⊿i）、砷化鎵（GaAs）、碲化鎘（CdTe）和硒化銅銦鎵（CIGS）的太陽能電池效率已經(jīng)超過20%,然而這些器件在其商業(yè)化發(fā)展過程中都存在不足。鈣鈦礦太陽能電池作為光伏領(lǐng)域的新秀,經(jīng)過十余年的發(fā)展,其光電轉(zhuǎn)化效率從3.8%升到了25.2%,可與商業(yè)化的單晶硅電池相媲美。此外,鈣鈦礦太陽能電池組裝中常用的制膜方法是低溫溶液旋涂法,大大降低了器件的制作成本,有助于其商業(yè)化,但這一簡易廉價的制備過程遠沒達到熱力學平衡,往往形成多晶薄膜,所以不可避免地存在大量缺陷。研究發(fā)現(xiàn),鈣鈦礦薄膜中的缺陷會不斷地誘導(dǎo)器件分解,限制其進一步商業(yè)化應(yīng)用。本論文創(chuàng)新性的通過功能配合物的結(jié)構(gòu)設(shè)計,賦予配合物特殊的性能,然后利用該類配合物化學修飾鈣鈦礦,實現(xiàn)對鈣鈦礦薄膜的有效調(diào)控,從而提升鈣鈦礦太陽能電池的性能和穩(wěn)定性。論文工作包括六個章節(jié),分別是:第一章:首先介紹了鈣鈦礦材料的組成及性質(zhì)、鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)和工作原理。... 

【文章來源】：蘭州大學甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：143 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

(a)鈣鈦礦ABX3的晶體結(jié)構(gòu)；(b)3D結(jié)構(gòu)；(c)2D結(jié)構(gòu)

蘭州大學博士學位論文功能配合物調(diào)控實現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池組裝研究5鈣鈦礦吸光材料時，根據(jù)不同帶隙，選擇合適的電子或空穴傳輸材料，常見的材料及帶隙見圖1-2b。圖1-2(a)鈣鈦礦太陽能電池的常用結(jié)構(gòu)；(b)常見的鈣鈦礦材料、電子傳輸材料和空穴傳輸材料的能級分布(2)鈣鈦礦太陽能電池的工作原理鈣鈦礦材料最初是以染料的形式吸附在染料敏化太陽能電池(DSSCs)的TiO2光陽極上，因此它的工作原理與DSSCs的相同。隨著固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展，對其工作原理有了更深的認識。如圖1-3所示，對于n-i-p結(jié)構(gòu)的電池來說，當電池接收光照時，鈣鈦礦層吸收光子產(chǎn)生電子和空穴。電子趨向鈣鈦礦/電子傳輸層界面，最后被FTO收集；而空穴趨向于鈣鈦礦/空穴傳輸層界面，最后被金屬電極收集；在該結(jié)構(gòu)器件中，電子和空穴各自具有獨立的傳輸通道，有利于電子和空穴的分離、提取和收集。最終，通過連接FTO和金屬電極形成電路，從而產(chǎn)生光電流傳送到外電路供電。而對于p-i-n結(jié)構(gòu)的電池來說，鈣鈦礦吸光后產(chǎn)生的激子直接分離得到自由電子和空穴，與n-i-p型鈣鈦礦太陽能電池相反，電子被金屬電極收集，空穴被透明電極FTO收集。而無論是哪種器件結(jié)構(gòu)，在光照下，都會存在電荷分離、電荷擴散、電荷傳輸、電荷提取和電荷復(fù)合等過程，并且每個過程的速率和器件的性能息息相關(guān)。

蘭州大學博士學位論文功能配合物調(diào)控實現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池組裝研究6圖1-3鈣鈦礦太陽能電池的工作原理：(1)光照下，電荷分離；(2)電荷擴散；(3)電荷傳輸；(4)電荷提��；(5)電荷復(fù)合1.2.3鈣鈦礦薄膜的制備方法鈣鈦礦薄膜的制備方法主要有真空沉積法和溶液加工法。由于溶液法簡單方便、低廉且易于加工，因此溶液法更早且更廣地應(yīng)用于鈣鈦礦電池薄膜的制作過程中。在鈣鈦礦電池的不斷發(fā)展中，研究者采用多種方式或多種步驟制作鈣鈦礦薄膜，不斷優(yōu)化制膜工藝，得到不同質(zhì)量的薄膜，從而得到不同光電轉(zhuǎn)換效率的電池。常見的溶液加工法分為，一步旋涂法、兩步旋涂法、氣相輔助溶液處理和噴涂法；真空沉積法中最常見是一步前驅(qū)體沉積、連續(xù)氣相沉積和雙源真空沉積法。(1)一步旋涂沉積法一步旋涂法是一種基于溶液法的方式，是將金屬鹵化物和有機鹵化物溶解于有機溶劑中,隨后旋涂在基底上，退火后生成鈣鈦礦晶體[32]。具體方法是：將碘甲胺(MAI)或氯甲胺(MAC1)和PbI2溶于一定體積的極性非質(zhì)子溶劑(如DMF、DMSO或γ-丁內(nèi)酯)中，配成一定濃度的前驅(qū)體溶液；而后將前驅(qū)體溶液旋涂在涂有電子傳輸層的FTO/ITO基底上，在相應(yīng)轉(zhuǎn)速下旋涂，旋涂結(jié)束前滴加反溶劑；接著把樣品在100℃退火(如圖1-4a所示)，得到鈣鈦礦薄膜。但是，早期研究發(fā)現(xiàn)，這種方法難以控制薄膜特性，如薄膜的均勻性、重復(fù)性和形貌。從而一步法制備的鈣鈦礦薄膜，更易形成尺寸大的晶粒，但薄膜比較粗糙且形貌不可控，這抑制了載流子的傳輸速度，不僅使器件的效率難以提升且重復(fù)性差。因此，為了制備高效率的電池，研究者們不斷優(yōu)化薄膜厚度、篩選溶劑及反溶劑、反溶劑的加入時間、旋涂速率等。(2)兩步旋涂沉積法為了解決一步法中存在的問題，兩步法中，首先是將金屬鹵化物(?


本文編號：3248175