基于元素直接反應(yīng)的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)及器件性能研究.pdf

1、對(duì)于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池來說，深入了解材料的性能(本征晶體結(jié)構(gòu)，材料的摻雜)和太陽(yáng)能電池器件工作機(jī)理(電子和空穴的傳輸模式，載流子動(dòng)力學(xué)和光伏性能)之間的關(guān)系是鈣鈦礦太陽(yáng)能電池重要的研究方向之一。在保持較高的電池轉(zhuǎn)換效率的同時(shí)，簡(jiǎn)化制備工藝和降低電池成本是提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池應(yīng)用前景的重要途徑。通過摻雜鈣鈦礦界面與金屬接觸的優(yōu)化設(shè)計(jì)能研究鈣鈦礦材料的本征特性、擺脫使用空穴傳輸層、簡(jiǎn)化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池制備工藝和得到較高光伏性能，同時(shí)也是研究光

2、伏電池器件工作機(jī)理的一種非常有效的手段。在本文中，我們報(bào)道一種在 ITO基底上利用簡(jiǎn)單的一步旋涂法原位制備出具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)的銅摻雜鈣鈦礦(CH3NH3)1-xCuxPbI3材料。我們首先結(jié)合TEM和XPS技術(shù)證明了銅元素?fù)诫s在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中。這個(gè)摻雜的現(xiàn)象被證明可能是發(fā)生在用于制膜的旋涂過程中，且在該過程中可能原位形成了具有梯度銅鉛比的摻雜薄膜。此外，我們?cè)O(shè)計(jì)和制造了一系列反式的無(wú)空穴傳輸層結(jié)構(gòu)ITO/(CH3NH3)1-xCuxPbI3/

3、 PCBM/ Ag器件。通過對(duì)這些器件光電性能的初步測(cè)試，獲得了令人滿意的高達(dá)15.84％的光電轉(zhuǎn)換效率，這是目前無(wú)空穴傳輸層結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池所表現(xiàn)出的優(yōu)異轉(zhuǎn)換效率。通過分析瞬態(tài)光電壓(TPV)和KPFM數(shù)據(jù)，由于合適的費(fèi)米能級(jí)調(diào)制作用，銅摻雜的鈣鈦礦薄膜中光生載流子分離速度加快，同時(shí)與 ITO界面處的電荷復(fù)合減少。同時(shí)發(fā)現(xiàn)銅摻雜鈣鈦礦薄膜中可能存在一個(gè)從(CH3NH3)1-xCuxPbI3表面指向ITO電極的內(nèi)建電場(chǎng)，并且薄膜內(nèi)部

4、合適的費(fèi)米能級(jí)對(duì)促進(jìn)空穴的收集和傳輸起到了關(guān)鍵性作用。該方法除了有效地降低了制造成本，還提供了一種新的原位摻雜的研究方向，即通過調(diào)整鈣鈦礦材料(CH3NH3)1-xCuxPbI3的能帶結(jié)構(gòu)改善其在ITO一側(cè)收集空穴的能力。針對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的組裝和系統(tǒng)設(shè)計(jì)，本文提供了一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池新的組裝方法，對(duì)輸配電系統(tǒng)不便利條件下的用戶用電問題進(jìn)行了家用光伏發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括蓄電池容量的計(jì)算、控制器的選擇、逆變器的選擇等。經(jīng)過測(cè)試，鈣鈦礦