近年來,鈣鈦礦太陽能電池因效率高、成本低、可溶液加工等優(yōu)點而被廣泛研究。鈣鈦礦太陽能電池以ABX₃鈣鈦礦材料為核心光吸收,在光照下產(chǎn)生電子-空穴對,并將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。同時,電子傳輸層（Electron-transporting layer,ETL）/鈣鈦礦界面修飾可以優(yōu)化其界面能級,并誘導(dǎo)其表面鈣鈦礦的生長,最終提高對應(yīng)鈣鈦礦太陽能電池器件的性能和穩(wěn)定性。因而,開展鈣鈦礦晶界以及ETL/鈣鈦礦界面的研究對于構(gòu)建高效、低遲滯、高穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池具有重大科學(xué)意義和應(yīng)用價值。基于此,本論文聚焦鈣鈦礦晶界以及ETL/鈣鈦礦界面,并通過新方法、新添加劑以及多功能界面材料開展了一系列研究。本論文具體研究內(nèi)容如下:（1）提出了一種原位溶解再結(jié)晶法（Dissolution-recrystallization method,DRM）,該方法使用二甲亞砜（DMSO）和氯苯（CB）混合溶劑縫合鈣鈦礦晶界,使鈣鈦礦晶粒長大,有效減少鈣鈦礦薄膜的針孔和晶界等缺陷,提高了所得鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量,為制備高效、高穩(wěn)定性鈣鈦礦太陽能電池奠定堅實的基礎(chǔ)。通過優(yōu)化,在一個標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射下,DRM... 

【文章來源】：電子科技大學(xué)四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

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【學(xué)位級別】：博士

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美國國家可再生能源實驗室（NREL）太陽能電池效率認(rèn)證圖[6]

電子科技大學(xué)博士學(xué)位論文21.2鈣鈦礦太陽能電池的簡介1.2.1鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)鈣鈦礦材料原指CaTiO3材料，是GustavRose在1839年發(fā)現(xiàn)，后由俄羅斯礦物學(xué)家L.A.Perovski命名，隨后科學(xué)家將與CaTiO3具有相同晶體結(jié)構(gòu)的材料統(tǒng)稱為鈣鈦礦材料[7-9]。太陽能電池中用到的鈣鈦礦屬于半導(dǎo)體材料，結(jié)構(gòu)式一般為ABX3（見圖1-2）[9]，其中A和B是兩種不同的陽離子，X是陰離子。圖1-2鈣鈦礦（ABX3）的晶體結(jié)構(gòu)[9]1.2.2鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程十多年來，鈣鈦礦太陽能電池取得了飛速的發(fā)展，其簡要發(fā)展歷程如圖1-3所示[10-12]。2009年，Miyasaka等人[5]將CH3NH3PbBr3（MAPbBr3）和MAPbI3鈣鈦礦作為敏化劑并用于太陽能電池，分別取得了3.13%和3.81%的光電轉(zhuǎn)化效率（PCE），但上述鈣鈦礦太陽能電池使用的是液態(tài)電解液，因此其穩(wěn)定性較差。2011年，Park等人[13]通過優(yōu)化鈣鈦礦制備工藝，制備了鈣鈦礦量子點@TiO2敏化太陽能電池，將PCE提高到6.5%。2012年，Gratzel和Park等人[14]使用Spiro-OMeTAD空穴傳輸材料替代液態(tài)電解液，所制備的全固態(tài)鈣鈦礦敏化太陽能電池的PCE高達(dá)9.7%。2013年，Snaith等人[15]采用氣相沉積法制備了平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池，其PCE為15.4%。2015年，Seok等人[16]通過分子內(nèi)交換反應(yīng)將鈣鈦礦太陽能電池的PCE提高到20.1%。兩年后，Seok等人[17]通過引入額外碘離子降低鈣鈦礦薄膜內(nèi)部缺陷，將鈣鈦礦太陽能電池的PCE進(jìn)一步提高到22.1%。2019年初，Noh和Seo等人[18]使用非摻雜P3HT空穴傳輸材料，其對應(yīng)器件的PCE高達(dá)22.7%，該研究有利于推動大面積鈣鈦礦模組產(chǎn)業(yè)化。緊接著，You等人[19]用PEAI鈍化FA-MA基鈣鈦礦表面，通過減少其缺陷并抑制非輻射復(fù)合將鈣鈦礦太陽能電池的PCE提高至23.3%。隨后，Seok等人[20]使用MDACl2來穩(wěn)定α-F

第一章緒論3圖1-3鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程[10-12]2019年以來，單晶鈣鈦礦太陽能電池取得了突破性發(fā)展，如圖1-4所示[21]。尤其是，Mohammed和Bakr等人[21]使用逆溫長晶技術(shù)生長MAPbI3單晶，并用MAPbI3鈣鈦礦單晶薄膜取代多晶薄膜，提高了鈣鈦礦的結(jié)晶性、光吸收范圍與熱穩(wěn)定性，進(jìn)而制備了具有超高填充因子（FF=84.3%）的單晶鈣鈦礦太陽能電池，PCE認(rèn)證記錄為21.09%。此外，Huang等人[22]開發(fā)了一種低溫晶體生長方法（見圖1-5）來生長厘米尺寸的MAPbI3晶片，且30min內(nèi)生長厚度達(dá)到微米級別，同時該方法能有效控制鈣鈦礦前驅(qū)液的蒸發(fā)以及鈣鈦礦成核和生長速率。進(jìn)一步分析實驗結(jié)果，上述晶片由中心向外生長，最終以C60/BCP為電子傳輸層（Electron-transportinglayer，ETL）、以Au為對電極組裝了共平面、橫向結(jié)構(gòu)的MAPbI3單晶太陽能電池，在0.25個標(biāo)準(zhǔn)太陽光照射下獲得了5.9%的PCE。


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