钙钛矿材料的纳米结构对其太阳电池性能影响的研究

摘要

钙钛矿太阳电池具有高光电转换效率和低成本的特点，近年来受到了人们的关注。在钙钛矿太阳电池中，需要研究钙钛矿吸收层的光吸收特性和载流子传输特性，从而优化钙钛矿太阳电池的光电性能。此外，还需要利用界面工程改进层与层之间的接触，进而减少复合，增加载流子的注入和抽取。钙钛矿薄膜的微观形貌和纳米结构可以影响薄膜的光吸收性能及载流子传输性能，是决定钙钛矿太阳电池性能的关键因素;同时，钙钛矿材料的纳米结构可以影响界面载流子分离及复合，对载流子的传输性能起重要作用。
　　本文针对溶液两步法，利用溶剂工程，通过调整前驱体溶液中非质子溶剂DMF的浓度，实现钙钛矿薄膜微观形貌和纳米结构的可控性，探究钙钛矿纳米结构对器件性能的影响。DMF浓度为15μL/mL时，获得了岛状结构的钙钛矿薄膜，制备的电池效率最高，将平均效率提高了1.28％。浓度大于25μL/mL时，获得了一维纳米线钙钛矿薄膜，浓度为50μL/mL时，钙钛矿薄膜的覆盖率最高，从而阻挡空穴传输层与电子传输层的接触，减少了载流子的复合。
　　无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳电池的钙钛矿/碳电极界面是影响器件光电性能的主要因素。因此，本文使用溶解再结晶的方法制备了具有多孔结构的钙钛矿薄膜，将碳材料渗入到钙钛矿薄膜的孔洞中，改善吸收层与碳电极的接触，促进钙钛矿/碳电极界面的载流子分离，从而提高空穴传输性能。基于多孔结构的碳基钙钛矿太阳电池效率最高可以达到7.21％，短路电流为19.07mA/cm2，开路电压为0.86V，填充因子为43.9％。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 钙钛矿太阳电池研究进展

1．2 钙钛矿太阳电池概述

1．2．1 钙钛矿太阳电池器件结构

1．2．2 钙钛矿太阳电池光吸收层

1．2．3 钙钛矿太阳电池关键材料

1．2．4 无空穴传输层碳基钙钛矿太阳电池

1．3 选题背景及意义

1．4 主要研究内容

第2章 实验仪器及表征

2．1 实验材料及仪器

2．2 表征方法

第3章 基于一维纳米线薄膜钙钛矿太阳电池研究

3．1 引言

3．2 实验过程

3．3 实验结果与讨论

3．3．1 一维纳米线钙钛矿薄膜性能研究

3．3．2 钙钛矿薄膜纳米结构对钙钛矿太阳电池性能的影响

3．3．3 一维纳米线结构制备方法对钙钛矿太阳电池性能的影响

3．4 本章小结

第4章 基于多孔钙钛矿薄膜的碳基钙钛矿太阳电池研究

4．1 引言

4．2 实验过程

4．3 实验结果与讨论

4．3．1 钙钛矿薄膜多孔结构对碳基钙钛矿太阳电池的影响

4．3．2 多孔结构钙钛矿薄膜晶粒尺寸对碳基钙钛矿太阳电池的影响

4．3．3 基于双层碳膜的多孔结构碳基钙钛矿太阳电池的研究

4．4 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢