两步法制备介观钙钛矿太阳能电池及其光伏性能研究

摘要

随着能源危机和环境污染问题的日益严峻，人们急需寻求清洁可再生的能源来缓解这些问题。太阳能具有资源丰富、清洁环保、不受地理因素影响等优点，可以有效地缓解能源危机和环境恶化，是一种真正意义上的绿色环保能源。太阳能电池是太阳能应用中最为合理有效的一种方式。钙钛矿太阳能电池(PSCs)具有成本低、工艺简单、能量转换效率高等优势，是目前极具发展前景的一种太阳能电池。本论文对钙钛矿太阳能电池的发展现状、结构组成、工作原理及测试表征方法进行了较为详细地叙述。重点研究了基于碳电极无空穴传输层介观PSCs的制备及其光伏性能的影响因素，系统地探讨了致密层电阻、PbI2的浓度和浸泡时间以及 CH3NH3I的溶剂对电池光伏性能的影响。本论文为提高 PSCs光伏性能的研究提供了一定的理论和实验基础。主要研究内容包括以下几个方面：
　　(1)制备了致密层电阻不同的PSCs，并探究了致密层电阻对电池光伏性能的影响。实验结果表明，致密层电阻大小存在合理区间，致密层的电阻在300~600Ω之间时，PSCs的性能较优。当致密层的电阻大小适中时，才能有效地传输电子，并阻碍空穴的传输。
　　(2)采用两步法制备了一系列PbI2膜层浓度和浸泡时间不同的钙钛矿层，研究了PbI2浓度和浸泡时间对PSCs光伏性能的影响。研究结果表明随着浸泡时间的延长，钙钛矿的晶粒尺寸整体呈增大的趋势。当 PbI2浓度持续增加时，钙钛矿层的覆盖率不断提高。电池性能测试结果表明，当 PbI2薄膜的浸泡时间为30 min时，电池的光电转化效率相对而言最高。
　　(3)分别采用异丙醇和正丁醇作为CH3NH3I的溶剂制备了钙钛矿，初步探索了不同溶剂对钙钛矿的形貌和覆盖率的影响。实验结果显示，用正丁醇做溶剂制备的钙钛矿的覆盖率比用异丙醇做溶剂制备的钙钛矿覆盖率要高，且表面更平整、薄膜粒径尺寸分布范围较窄。可能是因为正丁醇是亲脂性溶剂，极性比异丙醇弱，对钙钛矿的溶解能力没有异丙醇强，所以随着浸泡时间的推移，被溶解掉的钙钛矿相对较少。对不同溶剂制备的PSCs进行光伏性能测试，结果表明，采用正丁醇溶剂制备的PSCs的光电转化效率相对较高。

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第1章 绪论

1. 1 引言

1. 2 太阳能电池的分类

1.3 钙钛矿太阳能电池(PSCs)

1. 4 选题背景及研究现状

1. 5 本论文的设计思路及主要研究内容

第2章 实验方法

2. 1 引言

2. 2 材料、试剂及仪器设备

2. 3 无空穴传输层介观PSCs的制备工艺流程

2.4 PSCs的形貌与性能表征

2. 5 本章小结

第3章 致密层电阻对PSCs性能的影响

3. 1 引言

3. 2 不同致密层电阻PSCs的制备

3. 3 结果与讨论

3. 4 本章小结

第4章 PbI2的不同浓度和浸泡时间对PSCs性能的影响

4. 1 引言

4.2 PbI2不同浓度和浸泡时间PSCs的制备

4. 3 结果与讨论

4. 4 本章小结

第5章 CH3NH3I的不同溶剂对PSCs性能的影响

5. 1 引言

5. 2 不同溶剂PSCs的制备

5. 3 结果与讨论

5. 4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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