改進兩步法制備基于TiO2的鈣鈦礦太陽能電池性能研究.pdf

1、作為一種重要的無機納米半導體材料，TiO2有良好的耐熱性、耐化學腐蝕性、無毒性、難溶性、高的折光系數(shù)和穩(wěn)定的物理化學性能等特點。同時因其優(yōu)良的光學性能和氣敏、壓敏、光敏等敏感性質(zhì)，并且對紫外線的吸收能力更強。所以在光催化劑、敏感元件、太陽能電池等方面，TiO2納米材料應用前景都十分廣闊。目前，在鈣鈦礦太陽能電池中，納米結(jié)構(gòu)TiO2作為電子傳輸層，對提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率起到了重要的作用。本論文通過采用不同方法制備 TiO2電子傳輸層以及

2、優(yōu)化兩步法制備基于TiO2電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池，進而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別采用旋涂法、噴霧熱解法和原子沉積（ALD）制備TiO2電子傳輸層（空穴阻擋層），并將其運用于鈣鈦礦太陽能電池器件的制備中。通過SEM、XRD、I-V等測試方法對比三種制備方法的不同之處。ALD-TiO2鈣鈦礦太陽能電池的效率最高到達7.84％，噴霧熱解-TiO2器件效率為6.06%，而旋涂-TiO2鈣鈦礦太陽能電池器

3、件的效率僅為3.23%。通過掃描電子顯微鏡觀察TiO2致密層表面，發(fā)現(xiàn)ALD法制備得到的薄膜表面致密幾乎無針孔，而噴霧熱解法制備的TiO2表面褶皺處存在小孔，而旋涂法制備得到的薄膜表面有許多納米級的針孔。這使得致密層不能有效傳輸電子阻擋空穴，導致電池內(nèi)部串聯(lián)電阻較大，并聯(lián)電阻較小，電池效率減小。⑵通過優(yōu)化傳統(tǒng)兩步法，從而提高基于TiO2電子傳輸層鈣鈦礦太陽能電池的效率。采用控制碘化鉛溶液的濃度，浸漬時間，浸漬溫度以及預先旋涂低濃度碘甲胺

4、溶液等方法改進兩步法制備工藝，使鈣鈦礦覆蓋層中的大晶粒覆蓋面更廣，并且去除碘化鉛殘余。通過SEM觀察到，當PbI2濃度降低至0.8時，鈣鈦礦覆蓋層的大晶粒會顯著減少，而延長浸漬時間以及提高浸漬溫度都能增加鈣鈦礦覆蓋層中的大晶粒覆蓋率。當預先旋涂低濃度CH3NH3I溶液，PbI2濃度為1M，浸漬時間延長至10min時，其鈣鈦礦層的厚度約為300nm，得到的電池器件效率最佳。其效率為12.9%，短路電流密度為19.4mA·cm-2。通過提高