钙钛矿太阳能电池二氧化钛致密层与复合多孔层的制备及性能研究

摘要

钙钛矿太阳能电池（PSC）是近年来新型太阳能电池开发的重要研究成果。与现有的其他第三代太阳能电池技术相比，它具有结构简单、制备成本低，以及优异的双极性载流子输运能力等多方面的优势，已经引起科学家们的广泛关注。现今对钙钛矿太阳电池研究的热点，主要集中在作为光子收集材料的CH3NH3PbI3(MAPbI3)及类似有机卤化物的合成、改性以及结晶成膜性研究。
　　然而，作为传统光阳极材料的TiO2，在这种新型电池中依然得到了广泛应用。TiO2在电池中起到抑制发生在FTO导电玻璃界面的电子复合、提供电子传输通道的重要作用。因此，调控TiO2致密/多孔层结构，改善其与MAPbI3的层间接触是提高钙钛矿太阳电池光电转换效率的有效途径。本文对钙钛矿电池的TiO2致密/多孔层的主要研究内容及结果如下：
　　1.在C4H11NO2作为反应抑制剂和用乙醇按1:1体积比的溶胶稀释浓度，旋涂转速5000 r/min，旋涂1次的工艺下制得TiO2致密层，在此基础上制备的钙钛矿电池得到了9.34％的最佳转化效率。
　　2.对于TiO2多孔层，采用ZrO2纳米颗粒对其进行修饰，并加入聚乙二醇-400作为混合浆料的分散剂。在掺入ZrO2与TiO2质量分数比为2.5%的ZrO2纳米颗粒，获得了最高转化效率为11.4%的钙钛矿太阳能电池。
　　3.探索了运用不同抑制原理的抑制剂并控制它们所制备溶胶的稀释浓度、旋涂工艺参数调控等方法，获得基于FTO基底的、成膜效果良好的TiO2致密层薄膜，从而有效抑制电子-空穴在FTO表层的复合，进一步优化钙钛矿太阳能电池的性能。
　　4.利用ZrO2惰性颗粒覆盖致密层表面可能存在的缺陷或孔洞，并探索了制备该混合浆料在分散剂作用下的最佳配比，获得了界面接触更好，电子传输损耗更小的优良电子传输层结构。
　　本实验制备出的新型复合光阳极结构，为丰富太阳能电池光阳极结构多样性、提高太阳能电池效率提供了一种新的思路。