鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶生長及界面層材料的研究.pdf

1、近年來，鈣鈦礦太陽能電池由于制備工藝簡單、成本低廉、可制備柔性器件且光伏性能高達(dá)22.1％等優(yōu)勢，吸引了人們的關(guān)注和研究。高效率的太陽能電池不僅依賴鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量和性質(zhì)，而且取決于接觸層的性質(zhì)和能帶結(jié)構(gòu)。一方面，鈣鈦礦材料具有高的載流子遷移率、長的擴(kuò)散系數(shù)、大的光學(xué)吸收系數(shù)和可調(diào)控的光學(xué)帶隙等優(yōu)越的性質(zhì)，因而可以作為電池的光吸收層去實(shí)現(xiàn)載流子的產(chǎn)生、輸運(yùn)和分離。同時(shí)，鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量直接影響到電池的光伏性能。人們開發(fā)各種方法去實(shí)現(xiàn)高質(zhì)

2、量的鈣鈦礦薄膜，從而有效地減小載流子的復(fù)合和提高電池的性能，已是研究的熱點(diǎn)之一;另一方面，與鈣鈦礦層相鄰的接觸層，其本身必須具備良好的光學(xué)、電學(xué)性能和恰當(dāng)?shù)哪芗壩恢?，才能?shí)現(xiàn)電荷載流子在界面有效的抽取和傳輸。本論文主要集中在兩個(gè)方面開展:一是從鈣鈦礦薄膜的制備工藝入手，通過優(yōu)化制備條件，獲得高質(zhì)量的薄膜，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率;二是通過探索影響界面電荷抽取的關(guān)鍵因素，進(jìn)一步提升電荷傳輸性能。具體的研究內(nèi)容如下:
　　在鈣鈦礦材

3、料的制備過程中，退火溫度極易影響溶劑的蒸發(fā)和薄膜的形核生長，從而改變薄膜表面的形貌。因此，研究退火溫度對鈣鈦礦薄膜的影響，有利于優(yōu)化電池的光伏性能。采用兩步沉積技術(shù)制備CH3NH3PbI3鈣鈦礦薄膜，揭示了退火溫度和光學(xué)吸收強(qiáng)度，薄膜表面的晶粒尺寸及結(jié)晶性之間的依賴關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CH3NH3PbI3薄膜表面的晶粒尺寸隨著退火溫度的升高而單調(diào)增加;當(dāng)退火溫度高于120℃，有碘化鉛的出現(xiàn)且隨著退火溫度的增加，其含量進(jìn)一步增大;CH3N

4、H3PbI3薄膜的光學(xué)吸收強(qiáng)度和電池的光伏效率隨著退火溫度的增加，先增大后減小，并在退火溫度為120℃時(shí)同時(shí)獲得了最優(yōu)值。此外，通過優(yōu)化兩步沉積過程中的退火溫度，鈣鈦礦太陽能電池的最優(yōu)和平均光電轉(zhuǎn)化效率分別達(dá)到了17.61％和16.40％。這些結(jié)果證明了溫度在鈣鈦礦薄膜制備中扮演至關(guān)重要的作用，同時(shí)，提供了一種優(yōu)化電池效率的重要途徑。
　　鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能依賴于薄膜之間的界面，因此，通過有效的界面能帶處理，不僅有利于提高

5、電池的電荷傳輸效率，還可以深入理解電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)理。通過在ZnO薄膜制備過程中加入不同含量的Sn(0≤x≤0.2)，調(diào)控鈣鈦礦太陽能電池中ZnO電子傳輸層的能帶結(jié)構(gòu)的變化。研究發(fā)現(xiàn)，Zn1-xSnxO薄膜表面形貌和結(jié)晶性并無明顯的變化;在0≤x≤0.2范圍內(nèi)，隨著Sn含量的增加Zn1-xSnxO的功函數(shù)和光學(xué)帶隙均出現(xiàn)Ⅴ-型變化的趨勢;Sn的摻雜調(diào)控鈣鈦礦太陽能電池的光伏性能，例如，光電轉(zhuǎn)化效率、開路電壓、短路電流和填充因子均出現(xiàn)Ⅴ-型的