鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中電子空穴傳輸層的研究.pdf

1、新世紀(jì)以來(lái)全球經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，人口不斷增加，能源供需矛盾惡化，能源危機(jī)制約著全球經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展。太陽(yáng)能以其分布廣泛、清潔、可再生等特點(diǎn)而被公認(rèn)為最具前景的新能源之一。太陽(yáng)能電池基于光伏效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為電能被人們所利用。因此開(kāi)發(fā)低成本高效太陽(yáng)能電池是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能資源利用的技術(shù)基礎(chǔ)。
　　在近幾年來(lái)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因具有高效、低成本、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)引起了廣泛關(guān)注。有機(jī)無(wú)機(jī)鹵素鉛鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)為CH3NH3PbX3，其中X為碘、氯、

2、溴或?yàn)樗鼈冎g的混合物。鈣鈦礦材料擁有理想的光學(xué)帶隙、較高的吸光系數(shù)、長(zhǎng)的載流子傳輸距離等特點(diǎn)。短短幾年之內(nèi)鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)化效率從最初的3.8％迅速增長(zhǎng)到21.02％，呈現(xiàn)出巨大的研究?jī)r(jià)值。
　　本文首先對(duì)以CH3NH3PbI3-xClx為吸光層的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池和以CH3NH3PbI3為吸光層的體異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池分別進(jìn)行了組裝和優(yōu)化。在對(duì)兩種類型鈣鈦礦電池進(jìn)行組裝和優(yōu)化中，確定了以噴霧熱解二異丙氧基雙乙酰丙酮鈦制備的二氧

3、化鈦電子傳輸層的效果最佳，但是兩種類型的鈣鈦礦電池中電子傳輸層的最優(yōu)厚度不同。在制備CH3NH3PbI3-xClx吸光層時(shí)確定了以程序退火法100℃下退火90min鈣鈦礦薄膜致密勻一缺陷較少。在制備CH3NH3PbI3吸光層時(shí)，確定碘化鉛旋涂轉(zhuǎn)速為5500轉(zhuǎn)/分鐘(r.p.m)和最佳浸泡在甲基碘化胺溶液中的時(shí)間為30s。通過(guò)上述優(yōu)化，平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池獲得了13.42％的光電轉(zhuǎn)化效率，體異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池獲得13.04％的光電轉(zhuǎn)化效率。

4、
　　高效鈣鈦礦電池大多以二氧化鈦為致密層，然而二氧化鈦的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)存在缺陷。在本文中首次通過(guò)釕摻雜改善二氧化鈦光電性質(zhì)，并以CH3NH3PbI3-xClx為吸光層制備了平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池。釕摻雜比例影響著器件性能，當(dāng)摻雜濃度為0.01M時(shí)獲得電池最高光電轉(zhuǎn)化效率為15.70％，而未摻雜器件效率最高僅為13.42％。整流曲線表明了摻雜后致密層的整流效果增強(qiáng)。通過(guò)紫外可見(jiàn)光譜和紫外電子能譜表征了摻雜后半導(dǎo)體材料導(dǎo)帶位置上移，使

5、其與CH3NH3PbI3-xClx的導(dǎo)帶更加匹配，減小了能量損失。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜表征了摻雜后器件的串聯(lián)電阻減小，并聯(lián)電阻增大。降低的串聯(lián)電阻表明電荷更加有效的正向傳輸，提高的并聯(lián)電阻表明了更少的電子空穴復(fù)合。在本文中也對(duì)新型致密層進(jìn)行了初步的探究，成功制備了鋅錫氧多元氧化物。通過(guò)優(yōu)化鋅錫比例，制備出以CH3NH3PbI3-xClx為吸光層的鈣鈦礦電池獲得最高光電轉(zhuǎn)化效率達(dá)到9.58％，證明了鋅錫氧三元氧化物可以作為致密層應(yīng)用于鈣鈦礦電