近年來,鈣鈦礦太陽能電池因其出色的光電性能得到迅速發(fā)展,并成為新一代薄膜太陽能電池中的佼佼者。要實現(xiàn)電池的可穿戴應用,在滿足可穿戴市場對其光電轉(zhuǎn)換效率要求的同時,還需發(fā)展出質(zhì)量更輕、柔性更好,甚至可變化角度、可拉伸、可水洗、可降解的電池,從而滿足可穿戴產(chǎn)品和各種便攜式電子設備持續(xù)綠色能源供應需求。本論文緊緊圍繞如何提高鈣鈦礦電池的效率和可穿戴性展開,從界面調(diào)控、結(jié)構(gòu)設計出發(fā),主要研究了高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜的制備以及面向可穿戴應用的高性能器件組裝,主要開展了以下幾方面的工作:結(jié)合晶種誘導熟化過程,優(yōu)化了鈣鈦礦太陽能電池各層間界面:通過溶液處理法在電子傳輸層上構(gòu)建了超薄的CdSe量子點層,作為晶種誘導產(chǎn)生晶粒尺寸小、尺寸分布窄的結(jié)晶鈣鈦礦薄膜。通過簡單的MABr奧斯瓦爾德熟化處理,將小尺寸晶體再結(jié)晶成大顆粒、無針孔的鈣鈦礦晶粒,有利于減少薄膜缺陷和降低缺陷態(tài)密度。應用第一性原理計算,表明CdSe量子點和鈣鈦礦形成完全結(jié)晶異質(zhì)結(jié),證實了電子可以更快、更有效地移動。通過晶種誘導和奧斯瓦爾德熟化相結(jié)合,有效地控制了鈣鈦礦結(jié)晶速率,優(yōu)化了鈣鈦礦太陽能電池各層間界面,成功獲得了高效的光電性能,最大光電轉(zhuǎn)... 

【文章來源】：東華大學上海市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

(a)有機無機雜化鈣鈦礦材料立方晶體結(jié)構(gòu),(b)MAPbI3的晶胞結(jié)構(gòu)28Figure1.1(a)Cubiccrystalstructureofperovskite,and(b)structureofMAPbI3.28

東華大學博士學位論文第1章緒論3圖1.1(a)有機無機雜化鈣鈦礦材料立方晶體結(jié)構(gòu),(b)MAPbI3的晶胞結(jié)構(gòu)28Figure1.1(a)Cubiccrystalstructureofperovskite,and(b)structureofMAPbI3.28顯然，為了形成穩(wěn)定的雜化鈣鈦礦立方結(jié)構(gòu)，A位有機小分子陽離子的大小就要限制于BX6無機金屬鹵化物八面體間隙，這就對離子的空間幾何尺寸要求很高。結(jié)構(gòu)輕微的扭曲和畸變都會降低鈣鈦礦材料的對稱性，A陽離子和B陽離子的配位數(shù)也會降低30。我們一般通過評判材料的容忍因子(t)和八面體因子(μ)來確定是否形成了穩(wěn)定的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)，圖1.2為部分雜化鈣鈦礦材料t和μ的理論計算值31。容忍因子定義為：t=八面體因子定義為：μ=其中，，分別為A，B，X離子的半徑。圖1.2部分雜化鈣鈦礦材料容忍因子(t)和八面體因子(μ)的理論計算值31Figure1.2Theoreticalcalculationoftolerancefactor(t)andoctahedralfactor(μ)forhybridperovskitematerials.31

涌昭??追⑸?擲?7。鈣鈦礦材料的電子結(jié)構(gòu)研究情況表明，對價帶頂(VBM)能級有貢獻的是B-s和X-p軌道之間的反鍵雜化態(tài)，決定導帶底(CBM)能級的是B-p和X-p軌道之間的非鍵雜化態(tài)38，如圖1.3a,b所示。圖1.3c給出的是MAPbI3的低溫正交相電子能帶圖。Pb-6s軌道與I-5p軌道雜化形成了MAPbI3的價帶頂，Pb-6p軌道與I-5p軌道雜化形成了MAPbI3的導帶底。理論計算結(jié)果顯示MAPbI3是直接帶隙的半導體，禁帶寬度為1.55eV，處于最佳禁帶寬度范圍，在電子激發(fā)躍遷過程中，不會出現(xiàn)散射聲子現(xiàn)象并造成能量損失，是一種良好的光電材料39,40。圖1.3MAPbI3軌道陣列的示意圖:(a)VBM,(b)CBM,(c)c和I-p的軌道重疊圖38Figure1.3SchematicillustrationofMAPbI3orbitalarray:(a)VBM,(b)CBM,and(c)orbitaloverlapofPb-sandI-p.382014年，Park和Chang通過第一性贗勢計算研究了MAPbX3和CsPbX3的電子特性，結(jié)果表明：MA的電子能級位于價帶和導帶之間的深能級處，這暗示了MA對鈣鈦礦材料的電學特性的影響是最小的，說明能帶帶邊的影響主要來源于BX6八面體。因此，對于鈣鈦礦材料中A位陽離子(MA或FA或Cs)的大小及材料的改變對鈣鈦礦材料的能帶結(jié)構(gòu)的影響是十分微小的，例如，CsPbI3的帶隙為1.73eV，MAPbI3的帶隙為1.59eV，F(xiàn)APbI3的帶隙為1.51eV；鹵素元素的替換對材料電子態(tài)的影響較為明顯，Cl-Br-I的替換可以使材料VB從3p-4p-5p

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Highly stable carbon-based perovskite solar cell with a record efficiency of over 18% via hole transport engineering[J]. Qian-Qian Chu,Bin Ding,Jun Peng,Heping Shen,Xiaolei Li,Yan Liu,Cheng-Xin Li,Chang-Jiu Li,Guan-Jun Yang,Thomas P.White,Kylie R.Catchpole.  Journal of Materials Science & Technology. 2019(06)
[2]All-inorganic quantum-dot light-emitting-diodes with vertical nickel oxide nanosheets as hole transport layer[J]. Jiahui Li,Yuanlong Shao,Xuecheng Chen,Hongzhi Wang,Yaogang Li,Qinghong Zhang.  Progress in Natural Science:Materials International. 2016(05)



本文編號：3564430