钙钛矿光吸收层光谱调控、界面修饰及其光伏性能研究

摘要

近几年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)的认证效率已经达到了22.7％，接近晶硅太阳能电池的效率，然而其光谱吸收范围仍主要局限在可见光区，而且在不同活性层间的电荷传输严重影响电池光电转换性能。本论文以提高PSCs的能量转换效率(PCE)等性能为目的，一是针对钙钛矿薄膜的光谱响应的局限性，通过IR806染料敏化上转换纳米粒子（IR806-UCNCs）嵌入钙钛矿光吸收层拓宽电池光谱吸收范围，二是为了改善钙钛矿量子点(QDs)光吸收层的电荷传输性能，通过界面构建碳纳米管(CNTs)高速电荷传输网络以及聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)界面修饰来改善量子点薄膜的电荷传输性能，以期提高PSCs的光电转换性能。具体内容如下:
　　(1)将IR806-UCNCs嵌入到平面PSCs中，用以拓宽电池吸光层MAPbI3的光谱吸收范围，进一步提高电池近红外光(800-1000nm)捕获能力。采用NOBF4作为配体利用配体交换的方法制备出与钙钛矿前驱液相混溶的IR806-UCNCs，将混有IR806-UCNCs的钙钛矿前驱液通过一步旋涂原位嵌入的方法形成IR806-UCNCs嵌入的钙钛矿光吸收层，形成宽光谱响应的钙钛矿光吸收层。该薄膜能够通过IR806-UCNCs捕获800-1000nm的近红外光并将能量传递给Yb3+/Er3+，激发钙钛矿可吸收的可见光。在AM1.5G阳光照射下，IR806-UCNCs嵌入的平面PSC的PCE达到了17.49％，与未修饰PSC相比提高了29％。同时，在NIR(λ＞780nm)光照射下获得了0.382％的转换效率。
　　(2)采用热注射法制备了室温下相稳定的α-CsPbI3QDs，通过界面构建CNTs高速电荷传输网络以及表面修饰PMMA(CNTs-PMMA)以改善QDs吸光薄膜的电荷传输性能。PMMA的修饰减少了薄膜表面的缺陷态，同时阻挡了空气中水和氧气对QDs层的侵蚀;同时CNTs嵌入形成的电荷传输网络改善了薄膜导电性，提高了光生电荷的抽取效率和薄膜的电荷传输性能。这两种界面修饰的方式都减少了电子-空穴的复合，这也致使器件电流密度Jsc和填充因子FF得到了很大的改善，CNTs-PMMA界面修饰的电池PCE提高至7.27％，其稳定性要明显优于未修饰的电池，在36天后效率还维持在最高效率的83％，表明其空气稳定性的改善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 钙钛矿太阳能电池

1．2．1 钙钛矿光伏材料

1．2．2 器件结构

1．2．3 工作原理

1．3 钙钛矿太阳能电池发展现状

1．4 钙钛矿光吸收层

1．4．1 光谱调控

1．4．2 界面调控

1．4．3 形貌调控

1．5 论文选题目的、意义及研究内容

第二章 实验主要所用材料、仪器及表征测试

2．1 实验主要所用材料和仪器

2．2 实验主要所用表征测试方法

2．2．1 形貌表征

2．2．2 晶体结构表征

2．2．3 光谱表征

2．2．4 PSCs光电性能测试

第三章 宽光谱响应钙钛矿光吸收层的制备及其光伏性能研究

3．1 引言

3．2 实验内容

3．2．2 配体交换法制备染料敏化上转换纳晶

3．2．3 含有染料敏化上转换纳晶的钙钛矿前驱液的配制

3．2．4 宽光谱响应钙钛矿吸光层制备及其PSCs的组装

3．3 实验结果与分析

3．3．1 β-NaYF4：Yb，Er上转换纳晶的表征分

3．3．2 染料敏化上转换纳晶的表征分析

3．3．3 宽光谱响应钙钛矿吸光层的表征分析

3．3．4 宽光谱响应PSCs光电性能测试

3．3．5 电池性能提高影响因素分析

3．3．6 近红外光电性能测试分析

3．3．7 电池光、空气稳定性与重现性分析

3．4 本章小结

第四章 无机钙钛矿量子点薄膜的界面修饰及其光伏性能研究

4．1 引言

4．2 实验内容

4．2．1 α-CsPbI3量子点的制备及纯化

4．2．2 钙钛矿量子点薄膜的制备及界面修饰

4．2．3 界面修饰的钙钛矿量子点电池的制备

4．3 实验结果与分析

4．3．1 α-CsPbI3量子点的表征分析

4．3．2 电池性能测试

4．3．3 电池性能提高影响因素分析

4．3．4 电池空气稳定性

4．4 本章小结

第五章 结论

参考文献

致谢

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