平面型和介孔型钙钛矿太阳能电池研究

摘要

目前，有机卤化铅钙钛矿太阳能电池，由于其优良的光电性能和制备低成本得到广泛关注，被认为是光伏产业的“明日之星”。经过认证的最高效率已经达到20.8％，而且研究势头异常强劲，发展潜力很大。
　　本文采用钙钛矿吸收层CH3NH3PbI3(简写为 MAPbI3)为主要原料，在空气中，分别考察平面型和介孔型钙钛矿太阳能电池器件的制备工艺及光电性能。
　　首先考察了MAPbI3的晶体结构及光吸收特性，利用溶液法生长出四方晶系的MAPbI3钙钛矿单晶，所得单晶的形貌完整，直径在7 mm左右。利用紫外-可见漫反射光谱测试，并计算得到MAPbI3晶体的禁带宽度为1.53 eV，说明MAPbI3晶体具有较窄的能带隙，具有很强的光捕获能力。
　　进一步考察了MAPbI3钙钛矿太阳能电池的光电性能，利用新型一步法制备了MAPbI3钙钛矿薄膜，通过优化制备工艺组装了平面异质结钙钛矿太阳电池器件。分别考察了制备TiO2致密膜用旋涂溶液的浓度及旋涂次数、制备钙钛矿薄膜采用MAPbI3溶液的浓度，对薄膜结构及组装电池器件的光电性能影响。采用0.1 M TiAcAc溶液通过二次旋涂工艺制备的TiO2致密层及45 wt%的MAPbI3溶液制备的钙钛矿薄膜组装电池器件，光电转换效率可达11.34%(均值)。并结合电化学阻抗谱，暗态J-V曲线和J-V滞回现象测试分析，优化的TiO2致密层和钙钛矿层可有效提高MAPbI3薄膜覆盖率，减少针孔出现，降低载流子复合，从而提高器件的光电转化效率。
　　釆用传统两步法和新型两步法分别制备了不同形貌的MAPbI3钙钛矿层，考察了MAPbI3钙钛矿形貌对介孔型钙钛矿电池器件光电性能的影响。新型两步法的MAPbI3薄膜中晶体结晶度高、晶粒尺寸较大、排列致密有序、基底覆盖完全，阻碍了HTM与TiO2介孔层的接触，有效抑制电子空穴对的复合，促进光生电子的传输。通过优化TiO2介孔层的制备工艺，所得的介孔层厚度为400 nm左右时，组装电池器件在100 mW/cm2光照下，反扫测得的最优参数Jsc=23.85 mA/cm2，Voc=1.01 V，FF=0.64，PCE=15.38%。

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第1章 绪论

1.1研究背景

1.2钙钛矿太阳能电池的发展历程

1.3钙钛矿材料

1.4钙钛矿太阳能电池的结构及其工作原理

1.5钙钛矿太阳能电池的组成部分和制备方法

1.6本论文的研究内容

第2章 钙钛矿晶体的制备及表征

2.1引言

2.2实验部分

2.3钙钛矿MAPbI3晶体的表征分析

2.4本章小结

第3章 平面型钙钛矿太阳电池器件光电性能评价

3.1引言

3.2实验部分

3.3 TiO2致密膜的旋涂次数对平面型电池器件光电性能的影响

3.4 MAPbI3溶液浓度对平面型电池器件光电性能的影响

3.5本章小结

第4章 介孔型钙钛矿太阳能电池器件光电性能评价

4.1引言

4.2实验部分

4.3 TiO2介孔层厚度对介孔型电池器件光电性能的影响

4.4钙钛矿薄膜形貌对介孔型电池器件光电性能的影响

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢