无机或无机-有机杂化薄膜太阳能电池研究

摘要

本文以无机或无机，有机杂化材料作为活性层的薄膜太阳能电池为研究介质，对CdS/CdTe薄膜太阳能电池中CdS的性质和对平面异质结钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料的性质进行了研究。主要内容包括：
　　⑴采用物理气相沉积技术制备了正置和倒置结构的CdS/CdTe薄膜太阳能电池，并研究了在施加外加电场条件下，CdS/CdTe薄膜太阳能电池的性能变化。我们发现无论是正向偏压还是负向偏压都能够规律地调制CdS/CdTe薄膜太阳能电池的性能，并且撤去外加电场后器件的性能会逐渐往未加偏压时的状态恢复。通过热处理实验我们排除了外加电场带来的温度影响，通过测量瞬态光电流、光电压等研究手段，我们得到在外加电场作用下，太阳能电池中光生载流子的传输速率会直接被外加电场的方向和大小调制。利用CdS纳米偶极子理论，以上实验结果能够被很好的解释。因此，我们认为CdS纳米偶极子在外电场下产生的极化电场能够对载流子的传输产生足够大的影响，可作为太阳能电池中光生载流子传输的源动力。本研究为无结场光伏太阳能电池的进一步研究打下实验基础。
　　⑵采用一步旋涂法，制备了以PEDOT∶ PSS为空穴传输层、PCBM为电子传输层的平面异质结钙钛矿太阳能电池，得到了9％左右的最高效率，并且同一批制备的器件中开路电压大多数都高于0.9V，最高已达到0.97V。在积分时间为0.01s的扫描速率下，有些钙钛矿太阳能电池的I-V曲线具有外凸现象，该外凸现象可以通过逐步增大扫描积分时间或者增大延迟时间到1OOms来消除，因此我们猜测钙钛矿太阳能电池I-V曲线外凸是钙钛矿材料具有电容效应而充放电的结果。另外，我们发现该体系平面异质结钙钛矿太阳能电池的性能，能够在短时间的连续光照下快速提高，并且通过连续光照手段，同样可以消除钙钛矿太阳能电池I-V曲线外凸现象。结合文献调研，并分析以上实验结果，我们认为光照可以驱使钙钛矿材料内部正负电荷不断移动，消除在快速测量条件下，钙钛矿材料内部电容效应，同时可以改变钙钛矿材料内部掺杂类型的分布，使钙钛矿材料内部达到利于光生载流子分离的PN掺杂类型分布。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 太阳能电池的研究背景与现状

1．2 无机薄膜太阳能电池的应运而生

1．3 无机薄膜太阳能电池的研究方向

1．4 新型无机-有机杂化薄膜太阳能电池的出现与研究现状

1．5 本论文的研究目的和创新点

第2章 薄膜太阳能电池的制备

2．1 衬底基片的准备

2．1．1 衬底基片的制备

2．1．2 衬底基片的清洗

2．1．3 衬底基片的等离子体处理

2．2 物理气相沉积技术制备薄膜

2．2．1 多功能高真空热蒸发系统

2．2．2 热蒸发沉积制备薄膜

2．3 旋涂法(Spin-coating)制备薄膜

第3章 太阳能电池性能的基本表征手段

3．1 电流-电压曲线的测量

3．2 外量子效率的测量

3．3 瞬态光电压与光电流响应的测量

第4章 外电场对热蒸发沉积的CdS／CdTe异质结薄膜太阳能电池的影响

4．1 引言

4．2 实验

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 CdS与CdTe材料杂质浓度的计算

4．3．2 加外加偏压前的I-V特性曲线测量

4．3．3 加外加偏压后的I-V特性曲线测量

4．3．4 外加电场前后的瞬态光电流响应测量

4．3．5 讨论

4．4 结论

第5章 连续光照对平面异质结钙钛矿太阳能电池的影响

5．1 引言

5．2 实验与结果

5．3 讨论与总结

第6章 结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间的科研情况

致谢