介孔P-I-N结构钙钛矿太阳电池研究

摘要

基于碳电极的无空穴传输材料的介孔 P-N异质结钙钛矿太阳电池（PSC）因其具有的稳定性好、制备工艺简单、成本低廉以及电池光电转换效率提升空间大等诸多优势，近来得到了科研工作者们的广泛关注。而NiO作为电子阻挡材料和空穴传输材料也已经在钙钛矿异质结太阳电池中得到应用，本论文在TiO2/Al2O3/carbon结构PSC基础上，将介孔 NiO层嵌入到绝缘的Al2O3层和碳对电极之间，制备了无空穴传输材料的介孔P-I-N结构PSC，从而进一步提高电池的光电转换效率。
　　本论文中采用丝网印刷工艺制备电池的各层薄膜结构，利用溶液两步法滴涂 PbI2溶液和浸泡CH3NH3I溶液，在电池介孔结构中形成钙钛矿吸光层。文中先叙述了对结构更为简单的TiO2/Al2O3/carbon结构PSC进行的优化实验过程，待器件效率稳定以后，再制备含介孔NiO层的新型P-I-N结构PSC。然后运用光电流/光电压、单色入射光电转换效率、暗电流、光致发光谱和电化学阻抗等测试手段对电池体系中的载流子扩散和电荷复合过程进行了研究。
　　研究结果表明，相比 TiO2/Al2O3/carbon结构的PSC，引入NiO层后，开路电压、短路电流密度和填充因子都实现了不同程度的提高，由此获得的电池光电转换效率高达13.7％。并且通过各种表征手段发现，与只含绝缘 Al2O3层的电池相比，介孔 NiO层作为活性界面层，增强了介孔 P-I-N结构电池中钙钛矿/碳对电极界面的电荷传输过程，同时减弱了电池内部的载流子复合过程。并且实验中记录的介孔 P-I-N结构 PSC在暗态空气中的稳定性数据大于1000小时。

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1 绪论

1.1 能源问题与太阳能利用

1.2 钙钛矿太阳电池发展概况

1.3 无空穴传输层的钙钛矿太阳电池

1.4 本论文的研究内容

2 PN电池优化实验

2.1 引言

2.2 PN电池制备

2.3 PN电池表征

2.4 PN电池优化结果分析

2.5 本章小结

3 PIN电池制备及与PN电池比较

3.1 引言

3.2 PIN电池制备

3.3 PIN与PN电池表征

3.4 结果分析与讨论

3.5 本章小结

4 总结与展望

4.1 工作总结

4.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表学术论文目录

附录2 攻读硕士学位期间申请专利目录

附录3 制备浆料的SEM表征结果