基于有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦材料的太陽能電池研究.pdf

1、基于CH3NH3PbI3的有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池異軍突起，在短短5年內(nèi)，電池效率從2009年的3.8％提高到2012年的9.7％，再到如今的19.3％。如此迅速的效率提高和如此高的電池效率使得有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池備受矚目。目前，關(guān)于有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的研究主要集中在提高電池的能量轉(zhuǎn)化效率，而對于鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的研究卻很少，但是穩(wěn)定性卻是鈣鈦礦電池走向?qū)嶋H應(yīng)用最關(guān)鍵的問題。本論文在嘗試不同方法制備高性能的鈣

2、鈦礦電池的基礎(chǔ)上，研究潮濕環(huán)境和光照下鈣鈦礦電池性能衰減的本質(zhì)原因，然后嘗試通過不同的界面后處理方法解決鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性問題。
　　首先，本論文通過不同的鈣鈦礦沉積方法制備了FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/HTM/Ag平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池，其平均效率達(dá)到了15.8％。在此基礎(chǔ)上，研究了氧化鋅致密層對電池性能的影響。利用原子層沉積（ALD）技術(shù)低溫制備 ZnO致密層取代高溫?zé)Y(jié)的溶膠凝膠法TiO2致密層。研究表明：將PbI2

3、和CH3NH3I的DMF混合溶液一步法獲得的鈣鈦礦層用于 FTO/ZnO/CH3NH3PbI3/HTM/Ag電池，電池效率高達(dá)13.1％，這與基于TiO2致密層的鈣鈦礦太陽能電池相近。但同時(shí)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用含 Cl的鈣鈦礦先驅(qū)溶液一步法制備鈣鈦礦層時(shí)，雖然ALD-ZnO可以在室溫下促進(jìn)鈣鈦礦快速結(jié)晶，但電池效率較低。
　　其次，研究了鈣鈦礦電池的濕度穩(wěn)定性。通過第一性原理計(jì)算解釋了有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦材料遇水分解的內(nèi)在機(jī)理，并發(fā)現(xiàn)有機(jī)

4、/無機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)在潮濕的環(huán)境下不可避免地會(huì)發(fā)生分解。然后通過ALD方法在HTM層上沉積超薄Al2O3層來阻止水（H2O）的滲透，并實(shí)現(xiàn)了超薄ALD-Al2O3界面處理后的電池在空氣中放置24天后，其效率仍能維持在初始效率的90％左右。
　　最后，研究了鈣鈦礦電池的光照穩(wěn)定性。通過實(shí)驗(yàn)探究了氮?dú)獗Ｗo(hù)下的鈣鈦礦材料光照分解的原因，發(fā)現(xiàn) TiO2致密層上吸附的水氧和 TiO2具有的光催化作用是光照下封裝的鈣鈦礦太陽能電池性能衰減的最