鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、近些年來(lái)，研究報(bào)道的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率值越來(lái)越高，引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。光生電子-空穴在鈣鈦礦材料中具有低復(fù)合速率，高遷移率，因此具有可觀的擴(kuò)散長(zhǎng)度，這些特點(diǎn)極大促進(jìn)了其逐步發(fā)展成為一種轉(zhuǎn)化效率高的太陽(yáng)能電池，同時(shí)，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池也具有價(jià)格成本低廉、制備方法簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)形式多樣等優(yōu)點(diǎn)。但其仍存在著對(duì)外部環(huán)境敏感，內(nèi)部機(jī)理不明確等問(wèn)題。本文中，我們重點(diǎn)研究了濕度對(duì)基于TiO2為致密層的平板結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)和性能

2、的影響，并分析研究其影響機(jī)理;采用液相兩步法合成了基于ZnO納米線為骨架層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，研究其成分、組織結(jié)構(gòu)、形貌對(duì)電池性能的影響，優(yōu)化制各條件和組織結(jié)構(gòu)，分析其生長(zhǎng)機(jī)制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.空氣環(huán)境中濕度對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池微觀形貌與光電效率的影響
　　有機(jī)無(wú)機(jī)鹵化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中鈣鈦礦吸收層對(duì)外界的濕度非常敏感，所以目前絕大多數(shù)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備、封裝都是在手套箱中完成的。從便于工業(yè)規(guī)?；嵌?，本文在全

3、空氣環(huán)境下，采用氣相輔助溶液法制備了平板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，研究了不同外界濕度與鈣鈦礦膜形貌、電池效率之間的關(guān)系。采用SEM和XRD電鏡表征了不同濕度下鈣鈦礦的微觀結(jié)構(gòu)，分析其形成過(guò)程和生長(zhǎng)機(jī)制，并測(cè)試了其紫外-可見(jiàn)吸收光譜，并從可能的化學(xué)反應(yīng)角度，分析了其與水的反應(yīng)機(jī)理。通過(guò)比較研究發(fā)現(xiàn):在全空氣環(huán)境中，濕度從70％下降為20％時(shí)，電池的轉(zhuǎn)換效率從0.95％增加到5.81％。分析認(rèn)為濕度的降低，增加了鈣鈦礦膜的覆蓋率以及減少膜的缺

4、陷，并且減少了鈣鈦礦材料與水的反應(yīng)，改善了電池開(kāi)路電壓、短路電流等性能參數(shù)。
　　2.ZnO納米線骨架層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備及性能研究
　　在有種子層和無(wú)種子層兩種條件的基礎(chǔ)上，分別采用水熱法合成了ZnO納米線陣列和“花簇狀”納米線，并分別將其作為骨架層合成了相應(yīng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。通過(guò)SEM分析了表面和截面的形貌，通過(guò)XRD和EDS分析了其結(jié)構(gòu)成分以及元素組成。J-V曲線測(cè)試表明，有種子層的光電轉(zhuǎn)化效率以及短路電池密度

5、，都大于無(wú)種子層的“花簇狀”納米線，IPCE測(cè)試表明:在波長(zhǎng)(400nm-800nm)范圍內(nèi)， ZnO納米線有序陣列比“花簇狀”納米線都有更高的轉(zhuǎn)化效率。研究發(fā)現(xiàn)，過(guò)長(zhǎng)的ZnO納米線會(huì)使得鈣鈦礦層無(wú)法完全覆蓋，會(huì)導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率的降低。因此，在有種子層的基礎(chǔ)上，采用縮短水熱法反應(yīng)時(shí)間以減小納米線的長(zhǎng)度，來(lái)獲得更好的鈣鈦礦層覆蓋率，獲得更高的光電轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)水熱法反應(yīng)時(shí)間從4h下降到1h，效率從0.85％提升到8.56％，各項(xiàng)電池參數(shù)也均