雜化鈣鈦礦太陽能電池的制備與性能研究.pdf

1、最近五年來，鈣鈦礦電池憑借其高效率、低成本、和簡(jiǎn)單的制作工藝等特點(diǎn)，得到了光伏器件領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。通過不同的雜化鈣鈦礦材料的引入和電池結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，使得鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率超過20％。
　　傳統(tǒng)的鈣鈦礦電池的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)為: FTO/致密TiO2/介孔TiO2/鈣鈦礦層/spiro-OMeTAD/Au。2,2,7,7-tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9′-spirobifluo

2、rene(spiro-OMeTAD)常用來充當(dāng)空穴傳輸材料，但是由于其溶解度低，空氣穩(wěn)定性差，影響了太陽能電池的性能。針對(duì)鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的缺陷，我們嘗試選取不同的空穴傳輸材料，以及優(yōu)化電池的結(jié)構(gòu)，使電池的穩(wěn)定性得到較大提高。本論文以鈣鈦礦太陽能電池為研究對(duì)象，制備了光吸收層雜化鈣鈦礦 CH3NH3PbI3和CH3NH3PbIXCl3-X材料，和空穴傳輸層P3HT的鈣鈦礦太陽能電池，通過阻抗譜的分析、電流電壓特征曲線和電容電壓特征曲線，

3、揭露了雜化鈣鈦礦太陽能電池的載流子傳輸和收集的物理機(jī)制。
　　論文主要包含以下內(nèi)容：
　　第一章，鈣鈦礦太陽能電池的研究現(xiàn)狀、基本原理和主要性能參數(shù)及本論文的研究意義。
　　第二章，TiO2/CH3NH3PbI3體異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽能電池的制備及電學(xué)性質(zhì)。本章制備的器件結(jié)構(gòu)為：FTO/致密TiO2/水熱TiO2/CH3NH3PbI3/Au。通過水熱法和旋涂法制備了TiO2/CH3NH3PbI3體異質(zhì)結(jié)電池，其性能用電流-

4、電壓曲線，阻抗譜和電容電壓測(cè)試表征。數(shù)據(jù)表明 TiO2/CH3NH3PbI3層構(gòu)成了理想的 p-n結(jié)，電容電壓曲線證明了TiO2/CH3NH3PbI3的內(nèi)建電勢(shì)為0.67 V。值得注意的是，電池在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下保存15天后，其光電轉(zhuǎn)換效率仍然保持35.5%。以上結(jié)果表明了，有取向的氧化鈦為無空穴傳輸材料的鈣鈦礦光伏器件提供了一個(gè)可能的途徑。
　　第三章，P3HT為空穴傳輸層的CH3NH3PbIXCl3-X鈣鈦礦太陽能電池的制備與

5、電學(xué)性質(zhì)。本章制備了兩種器件結(jié)構(gòu)：FTO/致密TiO2/水熱TiO2/ CH3NH3PbIXCl3-X/Au和FTO/致密TiO2/水熱TiO2/CH3NH3PbIXCl3-X/P3HT/Au。CH3NH3PbIXCl3-X鈣鈦礦太陽能電池，它是由致密層氧化鈦，水熱氧化鈣鈦礦及空穴傳輸材料構(gòu)成，其致密層和定向的氧化鈦分別由旋涂法和水熱法制備。和沒有P3HT的器件相比，采用P3HT作為空穴傳輸材料的電池，其光電轉(zhuǎn)換效率、開路電壓、填充因子

6、都得到較大提高。阻抗譜測(cè)試表明P3HT的存在減小了電池的內(nèi)部電阻，更有利于載流子在氧化鈦和CH3NH3PbIXCl3-X鈣鈦礦層的界面?zhèn)鬏?，而且電子壽命要長(zhǎng)的多。另外，采用P3HT的器件的電荷收集能力顯著提高。能級(jí)譜的分析表明了，在CH3NH3PbIXCl3-X鈣鈦礦和Au電極之間P3HT薄膜，使能級(jí)更加的匹配。值得注意的是，采用P3HT的電池的穩(wěn)定性得到了較大提高，
　　第四章，CH3NH3PbIXCl3-X鈣鈦礦太陽能電池的工

7、藝優(yōu)化與電學(xué)性質(zhì)。優(yōu)化了鈣鈦礦電池整體的制作工藝，包含致密氧化鈦的厚度、水熱氧化鈦的PH值、鈣鈦礦的結(jié)晶以及P3HT的添加混合，讓電池的各個(gè)部分更加的匹配。采用一種慢干燥的方法，調(diào)整鈣鈦礦的晶體生長(zhǎng)速率，提高了電池的覆蓋率。同時(shí)，在P3HT中混合了雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰和4-叔丁基吡啶，使電池的開路電壓增大。電池的電流密度電壓（J-V）曲線表明，電池的短路電流（Jsc）為20.8 mA/cm2，開路電壓（Voc）為0.93 V，填充因子(