FTO电极有机功能化修饰及其高效钙钛矿太阳能电池应用

摘要

能源危机是21世纪人类面临最大的问题之一，而太阳能既是国际公认的理想替代能源，也是人类可利用的可再生清洁能源。目前，以硅基为主的无机太阳能电池，其最高效率已经达到了25.6%，正在逐渐接近理论上限值30%。但是由于其生产工艺复杂，生产成本较高，从而制约着硅基太阳能电池的广泛应用。与半导体硅相比，有机/无机杂化钙钛矿材料具有优异的光伏性能，如适宜的禁带宽度、微米级的电子-空穴扩散长度、极高的光吸收系数和很好的载流子迁移率等。得益于此，在短短的几年时间里，研究者通过优化器件结构、材料及制备工艺，使器件的电池效率从9.7%升到了22.1%。但是，电池结构中的电子传输层需要高温煅烧制备，这无疑增加了器件的制备成本，阻碍了其进一步商业化进程。因此，在低温的条件下制备出高性能的钙钛矿太阳能电池器件，这对于钙钛矿太阳能电池的工业化发展有着重要的现实意义。本文以低温制备高效钙钛矿太阳能电池为目标，探索通过界面修饰电极来提高其器件的性能，进一步分析其内在机理，为器件光伏性能的提升提供有益的借鉴。
　　本研究主要内容包括：⑴在100oC低温下，在一步法基础上采用快速结晶法制备出致密的钙钛矿薄膜，其器件的光电转化效率为9.0%。由于FTO电极从钙钛矿薄膜中提取电子需要跨越很大一个能垒，这十分不利于电子的传输，进而限制了器件的光电转化效率。因此，利用邻二氯苯在UV照射下修饰FTO电极表面来增大其电极的功函数，从而有效降低了电子传输的能垒，进而提高了电池器件的光电转化效率。结果表明，经110 s的UV照射处理后，所制备的器件性能达到最佳，其光电转换效率为13.4%，开路电压接近1.0 V，短路电流密度为20.8mAcm-2。⑵利用PEI聚合物修饰FTO电极作为电子传输材料应用于平面钙钛矿太阳能电池。测试结果表明，PEI溶液的质量分数与电池性能有着密切关系。当PEI溶液的质量分数为0.04%时，所制备的钙钛矿太阳能电池性能最佳，其光电转化效率为10.4%，短路电流密度为20.09 mA cm-2，串联电阻为9.97?。进一步研究和分析证明，PEI作为电子传输材料，改善了FTO与钙钛矿界面的接触特性，有效地降低了器件的串联电阻，更有利于电子传输，从而提高了FTO电极的电子收集能力。

目录

第1章 绪 论

1.1 引言

1.2 太阳能电池概述

1.3 钙钛矿材料的制备工艺

1.4 钙钛矿太阳能电池的性能优化

1.5 论文选题依据和研究内容

第2章 实验试剂、仪器及表征方法

2.1 实验试剂

2.2 实验仪器

2.4 钙钛矿太阳能电池参数

第3章 氯修饰FTO电极及其高效钙钛矿太阳能电池研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 聚乙烯亚胺修饰FTO电极及其高效钙钛矿太阳能电池研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 论文结论

5.2 论文展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的科研情况