硅杂化电池及有机太阳能电池界面优化研究

摘要

聚合物太阳能电池由于材料来源广泛，质量轻，制作工艺简单，成本低廉，能够制作大面积柔性器件等特点而受到广泛的关注，在能源日益匮乏的今天，聚合物太阳能电池的研究对于新能源的开发和应用具有重要意义和潜在的价值。目前，聚合物太阳能电池的光电转化效率(PCE)已经超过10％，但是相对成熟的无机硅电池，转化效率和稳定性还有待提高。硅纳米线/有机物杂化太阳能电池是近几年研究的一个热点，其中易团簇的硅纳米线是影响异质结形成的一个难点问题。另一方面，对于近两年发展极为迅速的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，虽然其效率已经超过20％，但是器件的稳定性、重复性以及物理机理仍然有很多工作课题需要研究。
　　本论文通过实验研究的方法，以硅纳米线/有机物杂化以及钙太矿光伏器件为研究对象，研究了硅纳米线、金属掺杂以及水掺杂对几种光伏器件某一界面的影响效果。在提高有机无机杂化光伏器件转化效率和稳定性方面做了一些探索。研究内容包括以下三个方面。
　　1.活性层掺杂镍纳米粒子对基于P3HT/PCBM聚合物太阳能电池的性能研究。采用正置的聚合物体异质结结构，研究镍纳米粒子在聚合物太阳能电池中的局域等离子共振效应。结果表明，当镍纳米粒子的添加比例为2％时，器件的光吸收和短路电流显著提高，器件的光电转化效率提高到3.40％，相对无掺杂器件，其PCE提高了25％。并对镍纳米粒子的局域等离子共振效应增加光吸收方面的物理机制进行了讨论。
　　2.碱溶液对硅纳米线/PEDOT∶PSS杂化太阳能电池的界面调控研究。通过化学刻蚀法和碱处理方法制备了不同长度的硅纳米线(NiNWs)和不同形貌的锥形硅纳米线的基底，研究不同基底形貌对杂化器件的光电性能的影响。结果表明，硅纳米线的长度和形貌是影响器件性能的关键因素。当NiNWs的长度为0.45μm时，器件性能最佳。通过30s碱处理对最佳NiNWs长度(0.45μm)进行优化，发现所获得的TNiNWs易与PEDOT:PSS溶液形成有机/硅核壳结构，使器件的PCE从未碱处理的4.58％提高到6.87％。
　　3.基于水添加控制钙钛矿薄膜结晶提高钙钛矿太阳能电池性能研究。通过添加不同比例的水到钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx前驱体溶液中，研究不同条件下钙钛矿薄膜结晶及相应器件的光电性能。结果表明，当水添加比例为2％时，能够获得晶界小、晶粒大、表面光滑平整的CH3NH3PbI3-xClx薄膜，与未添加水的薄膜和器件相比，其薄膜的结晶度、器件的PCE以及稳定性都得到提高。通过对物理机制进行分析，表明适量的水与N，N-二甲基甲酰胺(DMF)混合后，溶液具有较低的沸点和较高的蒸汽压力，有利于钙钛矿薄膜生长。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 太阳能电池的发展历史

1．3 有机太阳能电池

1．3．1 有机太阳能电池的工作原理

1．3．2 有机太阳能电池的性能参数

1．3．3 有机太阳能电池的发展趋势

1．4 有机／硅杂化太阳能电池

1．4．1 有机／硅杂化太阳能电池的工作原理

1．4．2 有机／硅杂化太阳能电池的研究进展和发展趋势

1．5 钙钛矿太阳能电池

1．5．1 钙钛矿太阳能电池的介绍

1．5．2 钙钛矿太阳能电池的研究进展和发展趋势

1．6 本论文的主要研究内容

第二章 活性层掺杂镍纳米粒子对基于P3HT／PCBM有机太阳能电池的性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验材料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验步骤

2．3 结果与分析

2．3．1 光吸收层的表面形貌

2．3．2 器件的光伏特性

2．3．3 器件的光电流分析

2．4 本章小结

第三章 碱溶液对硅纳米线／PEDOT：PSS杂化太阳能电池的界面调控研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验材料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验步骤

3．3 结果与分析

3．3．1 有机无机杂化结构

3．3．2 硅纳米线长度对杂化太阳能电池性能影响

3．3．3 碱处理时间对杂化太阳能电池界面形貌及性能影响

3．4 本章小结

第四章 水掺杂控制钙钛矿薄膜结晶提高钙钛矿太阳能电池的性能研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验步骤

4．3 结果与分析

4．3．1 水掺杂浓度对钙钛矿太阳能电池光伏性能影响

4．3．2 水掺杂浓度对钙钛矿太阳能电池稳定性的影响

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

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