2D和2D/3D混合钙钛矿的制备和性能研究

摘要

以具有三维(3D)结构的甲胺铅(Ⅱ)碘钙钛矿(MAPbI3)作为光吸收层材料的太阳能电池从出现至今，短短几年的时间光电转换效率已翻了几番，现今认证的最高光电转换效率已到达22.1％。与3D钙钛矿类似，二维(2D)层状碘化铅钙钛矿成为钙钛矿材料中特殊的一类半导体材料，同样具有广泛的应用前景。
　　本论文首先以MAPbI3作为吸光层制备钙钛矿太阳能电池(PSCs)，通过改进制备电子阻挡层、电子传输层、钙钛矿吸光层的实验方案，确定了在空气中制备PSCs的最优条件，作为后面研究的基础。在此基础上的主要研究内容有:
　　1、选择对三氟甲基苯胺(F3C-C6H4-NH2，p-(Trifluoromethyl)aniline)、苯胺（C6H5-NH2，Aniline）、对甲基苯胺(H3C-C6H4-NH2，p-Toluidine)三种有机胺制备了相应的钙钛矿薄膜，并对其物质结构、形貌、吸光特性、光电性能进行表征。在三种2D层状钙钛矿材料中，尺寸较大的有机阳离子形成有机层，使相邻无机层的距离增加，所以2D钙钛矿的吸光范围较窄，其光电性能不如3D钙钛矿。但(C6H5-NH3)2PbI4和(H3C-C6H4-NH3)2PbI4材料均表现出了良好的自组装特性，在大气中可以形成均一且致密的薄膜。
　　2、选用无取代基的芳香胺阳离子C6H5-NH3+，以不同比例混入MAPbI3钙钛矿前驱溶液中，获得混合阳离子钙钛矿材料，并对钙钛矿薄膜的成膜特性、吸光特性、光电性能进行表征。C6H5-NH3+的加入能促进MAPbI3形成均匀的钙钛矿薄膜，通过实验确定AN/(AN+MA)的最佳摩尔比为0.03，光电性能最佳的太阳能光伏器件获得了5.7％的光电转换效率，比同等条件下制备的MAPbI3钙钛矿太阳能电池高28％。
　　3、混入C6H5-NH3+阳离子后，MAPbI3钙钛矿对基底的覆盖率明显提高，在此基础上，我们在MAPbI3钙钛矿前驱溶液中加入不同比例的F3C-C6H4-NH3+和H3C-C6H4-NH3+，并对两种阳离子混合钙钛矿薄膜的成膜特性、吸光性质、光电性能进行对比分析。

目录

声明

摘要

1．1引言

1．2钙钛矿太阳能电池的发展历程

1．3有机-无机杂化钙钛矿材料

1．3．1钙钛矿材料

1．3．2低维钙钛矿材料

1．4钙钛矿太阳能电池(PSCs)的结构及工作原理

1．4．1钙钛矿太阳能电池的结构

1．4．2钙钛矿太阳能电池的工作原理

1．5提高钙钛矿太阳能电池(PSCs)性能的主要途径

1．5．1钙钛矿光吸收层

1．5．2空穴传输层(HTM)

1．5．3电子传输层(ETM)

1．6本论文选题理由及研究的主要内容

参考文献

第二章有机碘化铅(Ⅱ)杂化钙钛矿结构与性质的关系

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验材料

2．2．2实验步骤

2．2．3测试与表征

2．3实验结果与讨论

2．3．1钙钛矿薄膜的XRD表征与分析

2．3．2钙钛矿薄膜表面形貌的分析

2．3．3几种钙钛矿的吸光特性

2．3．4几种钙钛矿太阳能电池的光电性能

2．4本章小结

参考文献

第三章(C6H5-NH3)xMA1-xPbI3混合阳离子钙钛矿的合成与表征

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验材料

3．2．2实验步骤

3．2．3测试与表征

3．3实验结果与讨论

3．3．1苯胺对钙钛矿晶体结构的影响

3．3．2苯胺加入对钙钛矿吸收性能的影响

3．3．3苯胺加入制备的钙钛矿成分分析

3．3．4苯胺对钙钛矿形貌的影响

3．3．5苯胺引入对钙钛矿太阳能电池光电性能的影响

3．4本章小结

参考文献

第四章(R-C6H5-NH3)xMA1-xPbI3混合阳离子钙钛矿的合成与分析表征

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验材料

4．2．2实验步骤

4．2．3测试与表征

4．3实验结果与讨论

4．3．1 XRD的表征处理与分析

4．3．2混合钙钛矿薄膜形貌

4．3．3混合钙钛矿的吸收性能

4．3．4钙钛矿材料光电性能

4．4本章小结

参考文献

第五章总结

致谢

论文发表情况