氨基酸用于二氧化钛界面修饰的钙钛矿太阳能电池研究

摘要

钙钛矿太阳能电池是一种新型的有机无机杂化太阳能电池，近年来已日益成为研究的热点，其效率也超过20％。目前，对于钙钛矿太阳能电池界面修饰的研究还相对较少。本课题主要通过采用生物分子氨基酸对电池阴极界面进行修饰，使得阴极界面功函数与活性层LUMO能级匹配，从而达到提高电池效率的目的。主要内容如下：
　　采用氨基酸修饰ITO和TiO2表面并研究修饰前后界面特性。经研究发现，氨基酸修饰后，ITO和TiO2表面粗糙度变化不大。通过XPS对氨基酸/ITO和氨基酸/TiO2界面进行表征，证明了氨基酸能够通过水热反应吸附在ITO和TiO2表面上；通过UPS对不同氨基酸不同溶剂修饰ITO和TiO2后其功函数的表征，表明赖氨酸甲醇溶液对ITO和TiO2修饰效果最好，其功函数下降分别为1.1eV和1.2eV。
　　对于PAN:CH3NH3PbI3体系器件，通过改变氨基酸生长条件研究氨基酸修饰TiO2薄膜后器件性能变化。经过各种工艺方案的对比，得到氨基酸修饰TiO2薄膜最佳工艺方案。该方案采用浓度为3mg/ml的赖氨酸甲醇溶液通过在反应釜中与表面涂有TiO2的基片反应120min，之后进行真空抽干。通过这种方案制备的器件性能最好，开路电压、短路电流、填充因子和转换效率分别为1.00V、21.53mA/cm2、0.54和11.61%。而没有经过氨基酸修饰的器件转换效率可达12.51%，各项性能参数均优于修饰后的器件。经分析，主要是氨基酸与PAN亲和性较强并发生化学反应致使活性层分层两方面的原因造成的。此外，对柔性结构的器件进行了探索，得到了效率为0.85%的器件。
　　对于PbCl2:CH3NH3I体系器件，同样对比了各种工艺方案的效果。通过研究，得出了最佳工艺方案，即采用浓度为3mg/ml的赖氨酸甲醇溶液通过在反应釜中与表面涂有TiO2的基片反应120min。通过该方案获得了开路电压、短路电流、填充因子和转换效率分别为0.83V、19.51mA/cm2、0.53和8.64%的器件。对比没有进行界面修饰的PbCl2:CH3NH3I体系器件其性能得到了提高。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究意义

1.2 钙钛矿太阳能电池

1.3 电池界面修饰

1.4 生物材料

1.5 课题研究内容及创新性

第2章 实验方法

2.1 实验材料与设备

2.2 材料的制备及表征方法

2.3 界面的修饰及其表征

2.4 钙钛矿太阳能电池的制备和表征

第3章 氨基酸修饰金属氧化物界面性能研究

3.1 前言

3.2 氨基酸/ITO杂化界面的制备及表征

3.3 氨基酸/TiO2杂化界面的制备及表征

3.4 本章小结

第4章 界面修饰对电池性能影响及分析

4.1 前言

4.2 界面修饰对PAN:CH3NH3PbI3体系器件性能影响

4.3 界面修饰对PbCl2:CH3NH3I体系器件性能影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢