鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸材料及疊合式器件結(jié)構(gòu)的研究.pdf

1、碩士學(xué)位論文鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸材料及鈣鈦礦太陽(yáng)能電池空穴傳輸材料及疊合式疊合式器件器件結(jié)構(gòu)的研究結(jié)構(gòu)的研究StudyofHoleTransptMaterialsLaminatedDeviceArchitectureofPerovskiteSolarCells作者姓名：侯凱莉?qū)W科、專業(yè)：物理化學(xué)學(xué)號(hào)：21407055指導(dǎo)教師：史彥濤教授完成日期：2017年5月大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理

2、工大學(xué)碩士學(xué)位論文I摘要近年來(lái)，采用具有鈣鈦礦晶型的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化金屬鹵化物ABX3（A=CH3NH3、HC(NH2)2等，B=Pb2、Sn2等，X=I、Br、Cl）作為吸光材料的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（PerovskiteSolarCells，PSCs）取得了顯著的研究進(jìn)展，引起了國(guó)際上的廣泛關(guān)注，在短短幾年的時(shí)間內(nèi)其光電轉(zhuǎn)換效率（PCE）已經(jīng)達(dá)到了22.1%。在PSCs中，空穴傳輸材料（HTMs）起到提取和傳輸光生空穴的作用，它是決定器件光

3、電性能的重要因素之一。目前來(lái)說(shuō)，PSCs中廣泛使用的HTMs是22′77′四[NN二(4甲氧基苯基)氨基]99′螺二芴（SpiroOMeTAD），然而復(fù)雜的合成過(guò)程和高的生產(chǎn)成本嚴(yán)重限制了其商業(yè)化。此外，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的PSCs中背電極通常采用真空蒸鍍貴金屬的方式，這種方式成本高，能耗大，并且其光陽(yáng)極和背電極是一個(gè)整體，不利于我們對(duì)陰極部分的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行靈活的調(diào)控，同時(shí)一旦其中某一部分出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致整個(gè)器件的失效。本論文設(shè)計(jì)合成兩種易制備、

4、低成本的新型HTMs來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SpiroOMeTAD，以保證PSCs既具有良好的光電性能，又可以降低成本實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化。此外，我們?cè)O(shè)計(jì)制備了一種新型疊合式結(jié)構(gòu)的PSCs，其光陽(yáng)極和背電極是單獨(dú)制備的，這不僅避免了背電極制備過(guò)程中的一些處理對(duì)光陽(yáng)極的影響，有利于我們靈活的設(shè)計(jì)背電極的制備工藝，同時(shí)在器件應(yīng)用時(shí)可以根據(jù)需要隨時(shí)更換合適的光陽(yáng)極或背電極。在確定了器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步調(diào)控其界面以獲得更好的光電性能。首先，設(shè)計(jì)合成了兩種易制備

5、，低成本的甲氧基取代二苯呋喃衍生物類小分子HTMs，BF002和BF003。對(duì)兩種HTMs材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究，結(jié)果表明：BF002和BF003在可見(jiàn)光范圍內(nèi)幾乎沒(méi)有吸收，且都具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，其HOMO能級(jí)也可以很好的和鈣鈦礦能級(jí)相匹配，完全符合PSCs中HTMs的基本要求。將兩種材料應(yīng)用于PSCs中，基于BF002和BF003的器件的PCE分別為14.2%和14.07%，與基于SpiroOMeTAD的器件性能基本相當(dāng)，并且基

6、于BF002和BF003的器件均具有較好的重現(xiàn)性和更好的穩(wěn)定性。以上結(jié)果證明BF002和BF003用在PSCs這種光伏器件中是完全可行的，有助于降低器件成本。其次，設(shè)計(jì)了一種新型疊合式結(jié)構(gòu)的PSCs，它突破了傳統(tǒng)電池結(jié)構(gòu)?；谠摻Y(jié)構(gòu)，我們可以實(shí)現(xiàn)光陽(yáng)極和背電極單獨(dú)制備，其中一個(gè)電極為FTOTiO2致密層TiO2多孔層鈣鈦礦層SpiroOMeTADPEDOT:PSS，另一個(gè)電極為PEDOT:PSSFTO，將兩個(gè)電極疊合在一起構(gòu)成一個(gè)完整的