鉛-堿土金屬復(fù)合鈣鈦礦材料及其太陽能電池應(yīng)用研究.pdf

1、近年來，有機(jī)無機(jī)雜化金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池取得矚目的進(jìn)展，最高光電轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8％提升到現(xiàn)在認(rèn)證的22.1%。高效低廉的鈣鈦礦太陽能電池有望在將來成為最具前景的光伏技術(shù)，這主要得益于鈣鈦礦材料本身的光電特性。傳統(tǒng)典型的CH3NH3PbI3鈣鈦礦材料具有諸多優(yōu)點(diǎn)，如適宜的直接帶隙半導(dǎo)體禁帶寬度、較低的激子束縛能、較高的摩爾消光系數(shù)、優(yōu)良的載流子雙極性擴(kuò)散特性、以及可低溫溶液制備等。然而傳統(tǒng)鉛基鈣鈦礦中鉛的毒性、晶體生長與薄膜質(zhì)

2、量的調(diào)控、以及材料穩(wěn)定性等問題極大限制了鈣鈦礦太陽能電池的大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用。在鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展中，研究者采用一些環(huán)境友好型的金屬離子取代鉛，制備了新型鈣鈦礦材料。目前，針對鉛位復(fù)合鈣鈦礦的研究主要集中在Sn2+，Ge2+，Sb3+， Bi3+以及一些過渡金屬離子等。本論文選取元素周期表中Ⅱ A的Sr2+，Ca2+，Ba2+取代CH3NH3PbI3中的Pb2+，制備了鉛-堿土金屬復(fù)合鈣鈦礦材料。主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）采

3、用一步溶液旋涂法，制備了一系列不同 Sr2+含量的復(fù)合鈣鈦礦CH3NH3SrxPb1-xI3薄膜，并將其作為光吸收層，應(yīng)用于器件結(jié)構(gòu)為 FTO/NiMgLiO/鈣鈦礦/PCBM/BCP/Ag的電池中。XRD、SEM、PL、J-V等測試證實(shí)了通過摻雜少量Sr2+(x=0.2%,0.5%)，可以獲得晶粒尺寸較大、平整致密、壽命較長的復(fù)合鈣鈦礦薄膜，并且大大提高了器件的開路電壓，電池效率達(dá)到17.7%。莫特-肖特基和電化學(xué)阻抗測試證實(shí)了少量S

4、r2+摻雜(x=0.2%,0.5%)可以有效提高電池器件的內(nèi)建電場和界面復(fù)合電阻，極大抑制了器件內(nèi)界面電荷復(fù)合，提高了電荷傳輸特性。
　?。?）將CH3NH3CaxPb1-xI3-2xCl2x和CH3NH3BaxPb1-xI3-2xCl2x兩種復(fù)合鈣鈦礦材料應(yīng)用于反式p-i-n平面結(jié)構(gòu)的電池中。研究發(fā)現(xiàn)少量Ca2+、Ba2+摻雜(x=0.5%)能夠有效促進(jìn)鈣鈦礦晶體生長、改善鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量、減少晶體缺陷，并能顯著提升器件的開路電