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平面异质结钙钛矿太阳能电池关键材料研制及其性能优化

发布时间:2020-09-16 17:11
   为了缓解社会面临的能源危机,拓展可再生、环境友好的新能源势在必行,太阳能作为未来人类重要的能源供给被寄予很大希望。而开发成本低、效率高的新型太阳能电池成为近年来的研究热点。钙钛矿太阳能电池由于其简单的制备工艺,较低的制备成本和较高的光电转化效率吸引众多科研工作者的兴趣。但是如何制备高质量的钙钛矿薄膜以及高效率器件依然是个挑战,因此,本文主要展开以下工作:(1)基于溶剂工程,开发了一种三种混合溶剂工程对钙钛矿薄膜质量进行优化。通过在钙钛矿前驱液中添加与碘化铅(PbI_2)有配位作用的溶剂N-甲基吡咯烷酮(NMP)来减缓钙钛矿的结晶速率。当NMP与二甲基亚砜(DMSO)达到最佳体积比时,电池器件的光电转化效率达到19.61%。(2)基于绿色溶剂工程优化钙钛矿薄膜质量制备高效钙钛矿太阳能电池。采用无毒绿色溶剂乙酸乙酯(EA)来代替有毒溶剂氯苯作为制备空穴传输层所需溶剂以及将EA取代氯苯(CB)作为反溶剂来诱导晶粒快速成核来制备钙钛矿薄膜。研究钙钛矿前驱液中碘化铅与二甲基亚砜的比例对钙钛矿薄膜质量以及器件性能的影响,在最佳条件下器件的光电转化效率达到了19.23%。(3)基于界面工程制备高效无迟滞现象平面结构钙钛矿太阳能电池。通过在TiO_2/FTO基底上旋涂硫化镉(CdS)量子点低温制备CdS/TiO_2电子传输层,研究不同阻挡层对器件电池光电性能以及器件稳定性的影响。通过优化CdS量子点的浓度制备出迟滞现象小的平面结构的器件,器件反向正向扫描测试的效率分别达到了18.89%和18.30%,同时器件放置20天后效率依旧保持最初的84%。
【学位单位】:华侨大学
【学位级别】:硕士
【学位年份】:2018
【中图分类】:TM914.4
【部分图文】:

示意图,钙钛矿,晶体,示意图


对于我们研究的有机/无机杂化钙钛矿,其理想的结构具有立方对称性,即符合 ABX3的结构,其中如图 1.1 所示。其中 X 为卤素阴离子(X=F-、Cl-、Br-、I-),B 为离子半径较小的无机阳离子(B=Pb2+、Sn2+),无机层具有较小的光学带隙,A 为有机组分,通常可以为(MA)CH3NH3+或者(FA)CH3(NH2)+,有机层具有较大的 HOMO、LOMO 能级差,这种有机/无机杂化材料在受激后会产生两种类型的激子,即由无机金属卤化物产生的 Wannier 激子和由有机组分产生的 Frenkel 激子[6]。Park[7]等研究表明,三维结构的 CH3NH3PbI3在光伏应用中不仅仅可以作为吸光材料,它本身也可作为传输载流子材料,进一步证明了这种三维结构的材料受光激发后生成 Wannier 激子,可以看出三维结构的有机/无机杂化钙钛矿结构更适合于太阳能电池的制备[8]。

钙钛矿,光电转化,太阳能电池,效率


9%介观型钙钛矿太阳能电池。2013 年,Seok[14]等通过构筑矿复合结构,制备了光电转化效率 12%的器件。Burschka[1碘化铅(PbI2)的沉积和钙钛矿的形成分成两步,器件获得。Snaith[16]等通过气相沉积法制备平面异质结钙钛矿太阳能化效率达到了 15.4%。2014 年,美国加州大学洛杉矶分校程,控制钙钛矿的形成,制备的平面异质结钙钛矿太阳能光电转化效率。2015 年,Seok 课题组采用分子内交换(MAPbBr3)x为光吸收层(FA= CH3(NH2)2+;MA= CH3NH3+)的认证效率。2016 年,Bi[18]等人通过调配 PbI2/FAI 的比例,获得了 20.8%的转化效率。为了进一步二元混合阳离子钙性,Saliba[19]等将 Cs+掺杂进入钙钛矿前驱液中,通过优化矿的组成成分,器件的稳定性得到提高,并且获得了 21.1%

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导体结合形成的,PN 结两边的载流子浓度不同,N 区的电子浓度高,向 P散,而 P 区的空穴浓度高,会向 N 区扩散。于是一个从 N 区正电荷区域指P 区负电荷的电场就建立起来了,即内建电场。在内建电场的作用下,自由子和空穴会发生移动,这个区域称之为耗尽层。进入 PN 结并达到耗尽区的产生空穴电子对,所产生的少数载流子将漂移出耗尽区分别进入 N 型区和 P而成为多数载流子。PN 结结构太阳能电池原理如图 1.3 所示,P 区和 N 区之间导带与价带的相置会随着费米能级位置的变化而变化,因此空间电荷区所在位置的导带和会发生一定的弯曲。N 区导带内的电子在试图进入 P 区导带时要遇到一个,这个势垒成为Qg建电势差。在正向偏压状态下,P 区的费米能级低于 N费米能级,总势垒高度降低,耗尽区内的电场随之减弱,电子和空穴不能滞留在 N 区和 P 区,PN 结内形成一股由 N 区经空间电荷区向 P 区扩散的流,由 P 区经空间电荷区向 N 区扩散的空穴流,电荷流动在 PN 结内形成。

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 白晓功;史彦涛;王开;董庆顺;邢玉瑾;张鸿;王亮;马廷丽;;少铅钙钛矿CH_3NH_3Sr_xPb_(1-x)I_3的合成及其在全固态薄膜太阳能电池中的应用[J];物理化学学报;2015年02期



本文编号:2820127

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