钙钛矿太阳能电池ZnO电子传输层的制备、掺杂及性能研究

摘要

钙钛矿型太阳能电池(PSCs)以其低廉的成本、简便的制备工艺以及较高的光电转换效率成为近年来太阳能电池领域的研究热点。电子传输层作为太阳能电池重要的组成部分，对其性能有较大影响。ZnO纳米材料具有宽禁带、高电子迁移率以及制备简单、成本低廉等优势，是制备钙钛矿太阳能电池电子传输层的主要材料。因此，对 ZnO电子传输层的制备工艺和性能的研究及技术提升对太阳能电池的相关研究具有十分重要的意义。
　　本文采用溶胶凝胶法制备出一系列不同煅烧温度和涂覆转速以及不同稀土元素Ce掺杂量的ZnO粉末和薄膜样品，并将其组装成太阳能电池。通过X射线衍射分析(XRD)、电子顺磁共振(EPR)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外可见光谱仪(UV-Vis)以及太阳能电池J-V测试系统表征研究其性能，主要研究结论如下：
　　(1)在溶胶凝胶法制备 ZnO薄膜的过程中，重点研究了不同煅烧温度以及涂覆转速对其性能的影响。ZnO粉末在500℃下进行煅烧时，此时 ZnO样品结晶性良好，晶粒尺寸较小，利于提高薄膜的致密性，同时自由电子含量最高，有利于电子的传输。当以4000rpm转速涂覆ZnO薄膜时，其表面形貌均匀平整且具有较高的透光率，此时ZnO薄膜性能较好。
　　(2)在确定的最佳工艺条件下，制备出不同 Ce掺杂浓度的 ZnO粉末和薄膜。Ce3+离子的掺杂能够使ZnO晶体结构发生了一定的畸变，在掺杂量为2%时晶粒尺寸最小，随着掺杂量的升高，其晶粒尺寸和自由电子数目也随之升高，同时ZnO薄膜的透过率大体上逐渐减小。
　　(3)采用一步法制备光吸收层并以 ZnO为基底组装成钙钛矿太阳能电池，其J-V曲线显示，以4000rpm转速旋涂镀膜ZnO电子传输层为基底的电池光电转换效率最高，为6.77%。而在掺杂样品中，较低浓度的Ce掺杂能够在一定程度上提高其转换效率，当掺杂量为1%时其光电转换效率为6.84%，略高于未掺杂样品，与其他表征手段的结果与分析相一致。

目录

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1引言（Introduction）

1.2太阳能电池的发展与分类(Development and Classification of Solar Cells)

1.3钙钛矿太阳能电池的工作原理与材料(Working Principle and Materials of Perovskite Solar Cells)

1.4钙钛矿太阳能电池国内外研究进展(Research Progress of Perovskite Solar Cells)

1.5钙钛矿光吸收层及电子传输层的制备方法(Preparation of Perovskite Film and Electronic Transport layer)

1.6本文研究的意义及内容(Significance and Content of the research)

2实验材料、设备与表征方法

2.1实验材料及仪器(Experimental Reagents and Instruments)

2.2样品表征方法(Characterizations of Experimental Materials)

2.3本章小结(Summary)

3 ZnO电子传输层的制备工艺优化研究

3.1实验样品制备方法(Preparation of Experimental Materials)

3.2 ZnO粉末样品的表征与分析(Characterization and Analysis of ZnO Powder)

3.3 ZnO薄膜样品的表征与分析(Characterization and Analysis of ZnO Films)

3.4 ZnO电子传输层制备条件对太阳能电池性能的影响(Effect of Preparation of ZnO Electronic Transport Layer on Performance of PSCs)

3.5本章小结(Summary)

4稀土元素Ce掺杂ZnO电子传输层改性研究

4.1实验样品制备方法(Preparation of Experimental Materials)

4.2 Ce 掺杂 ZnO 粉末样品的表征与分析(Characterization and Analysis of Ce-Doped ZnO Powder)

4.3 Ce 掺杂 ZnO 薄膜样品的表征与分析(Characterization and Analysis of Ce-Doped ZnO Films)

4.4 Ce 掺杂 ZnO 电子传输层对钙钛矿太阳能电池性能的影响

4.5本章小结(Summary)

5结论与展望

参考文献

作者简历

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