混合卤化铅源对气相辅助法制备钙钛矿薄膜及其太阳电池性能的影响研究

摘要

在能源与环境问题日益凸显的今天，可再生清洁能源的发展成为了缓解能源与环境问题的关键。作为可再生能源中重要的一员，太阳能光伏发电的发展受到了人们的重视和支持，是最具有前景的发电方式之一。
　　太阳电池作为光伏发电中的关键技术，更成为了人们研究的重点。近年来，钙钛矿太阳电池作为一种新型的薄膜电池引起学术界极大关注，短短5年内，钙钛矿电池效率已经由研究初期的3.8％提升至22％以上。如此惊人的发展，得益于钙钛矿材料具有的较好的光吸收、合适的禁带宽度及电荷扩散长度等特性。对于钙钛矿太阳电池，制备形貌光滑致密、颗粒尺寸较大的薄膜，获得对器件有利的光电特性，是实现高效率的关键。在CH3NH3PbI3的合成过程中引入其他卤素离子，制备CH3NH3PbI3-xXx(X=Cl or Br)(X≈0)，被认为是优化光电特性，提高电池性能的有效方法之一。卤素混合能优化钙钛矿薄膜的形成过程，改善薄膜形貌，提高覆盖率，促进钙钛矿界面电子传输，减少电子复合，从而提升钙钛矿电池的转化效率，同时提升电池的稳定性。
　　本文采用低压气相辅助液相法制备CH3NH3PbI3薄膜，通过在铅源前驱体薄膜中引入其他卤素铅源PbBr2或PbCl2来部分或完全取代PbI2，再与CH3NH3I蒸汽进行反应。
　　实验中，我们对混合铅源和钙钛矿薄膜进行形貌、结构以及光谱分析等测试表征，研究卤素离子在钙钛矿薄膜中的作用以及对电池性能的影响。结果表明，溴的引入能通过形成中间态的CH3NH3PbBrxIy来减缓钙钛矿薄膜形成的过程，增大晶粒尺寸。当PbI2与PbBr2的摩尔比为1∶4时，最高电池效率达到17.40％，其中短路电流为22.92 mA/cm2，开路电压为1017mV，填充因子为77.50％;而氯的引入对钙钛矿薄膜的形貌未产生明显的改变，并且随着氯在铅源中的含量提升，电池效率反而降低。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 太阳电池的研究进展

1．1．1 太阳能利用的研究背景

1．1．2 太阳电池的分类

1．2 钙钛矿太阳电池

1．2．1 钙钛矿材料及其性质

1．2．2 钙钛矿太阳电池的研究进展

1．3 钙钛矿薄膜制备方法研究

1．3．1 溶液法

1．3．2 双源蒸发法

1．3．3 气相辅助液相法

1．4 钙钛矿太阳电池结构研究

1．4．1 介孔结构钙钛矿太阳电池

1．4．2 平面结构钙钛矿太阳电池

1．5 混合铅源钙钛矿太阳电池

1．6 选题背景及意义

1．7 研究内容及目标

第2章 混合铅源钙钛矿电池的制备与表征

2．1 混合铅源钙钛矿电池的制备

2．1．1 实验方案概述

2．1．2 实验药品

2．1．3 材料及器件制备所需实验仪器

2．1．4 实验过程

2．2 表征方法与仪器

第3章 以PbI2／PbBr2为铅源的钙钛矿电池的性能研究

3．1 铅源薄膜的形貌、结构以及光吸收特性表征

3．2 钙钛矿薄膜的形貌、结构以及光吸收特性表征

3．3 混合铅源对钙钛矿结晶的影响

3．3．1 钙钛矿形成过程XRD分析

3．3．2 钙钛矿形成过程SEM分析

3．3．3 钙钛矿形成过程EDS分析

3．4 混合铅源对钙钛矿电池性能影响机制

3．5 本章小结

第4章 以PbI2／PbCl2为铅源的钙钛矿电池的性能研究

4．1 薄膜形貌表征

4．2 XRD表征分析

4．3 UV-Vis结果分析

4．4 电池效率分析

4．5 本章小结

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢