介觀太陽(yáng)能電池光吸收材料與介孔膜結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、介觀太陽(yáng)能電池包括染料敏化太陽(yáng)能電池（dye-sensitized solar cell，簡(jiǎn)稱DSSC）和在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池（perovskite solar cell，簡(jiǎn)稱PSC）等，具有低成本、易制備的特點(diǎn)受到了極大關(guān)注。典型的染料敏化太陽(yáng)能電池包括：工作電極、電解質(zhì)以及對(duì)電極。其中，工作電極又包括導(dǎo)電基底、介孔半導(dǎo)體膜以及吸附的染料。光照條件下，染料受光激發(fā)，電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)并快速注入到半導(dǎo)體導(dǎo)帶中，完

2、成電荷分離。因此，染料的性質(zhì)以及半導(dǎo)體介孔膜結(jié)構(gòu)將決定電池的光捕獲能力和器件效率。對(duì)于介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，利用有機(jī)金屬鹵化物鈣鈦礦材料作為光吸收材料，這種材料具有諸多優(yōu)點(diǎn)：比如直接帶隙，在寬的可見光范圍內(nèi)具有大的吸光系數(shù)，高載流子遷移率以及雙極性傳輸性質(zhì)等。這些獨(dú)特的性質(zhì)使得鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率已經(jīng)突破了20％。介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)以及鈣鈦礦材料組分將對(duì)電池器件的本征電學(xué)響應(yīng)以及電池光電轉(zhuǎn)換效率起到關(guān)鍵作用。
　　本文以

3、三苯胺為電子給體，設(shè)計(jì)合成了兩種釕配合物染料KW1和KW2。三苯胺功能化的釕染料具有更好的光捕獲能力。三苯胺基團(tuán)與聯(lián)吡啶之間不同的連接方式將影響染料分子的光物理和電化學(xué)性質(zhì)。電化學(xué)阻抗譜以及暫態(tài)衰減測(cè)試表明，釕染料分子的結(jié)構(gòu)變化將影響器件內(nèi)部TiO2界面上的能級(jí)分布和電荷復(fù)合過(guò)程。介孔TiO2微球具有較高的染料吸附量，同時(shí)又具有一定的光散射能力。以介孔TiO2微球作為光陽(yáng)極，利用其較強(qiáng)的可見光散射能力和電荷傳輸、收集能力，所制備DSSC

4、效率要好于納米顆粒組成的單層光陽(yáng)極。MAPbI2Br（MA=CH3NH3）鈣鈦礦作為光吸收材料和空穴傳輸材料，制備了全印刷的介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。與純碘的MAPbI3鈣鈦礦相比，Br原子摻雜導(dǎo)致鈣鈦礦材料發(fā)生相結(jié)構(gòu)變化，具有更大的禁帶寬度以及更長(zhǎng)的載流子壽命，因此能提高全印刷介觀PSC器件的開路電壓和對(duì)環(huán)境濕度穩(wěn)定性。通過(guò)簡(jiǎn)單的鹵素交換后處理過(guò)程制備了不同Br摻雜比例的MAPbI3-xBrx鈣鈦礦材料并用于可印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。M

5、APbI3-xBrx鈣鈦礦填充在介孔TiO2/Al2O3/Carbon框架中，具有更長(zhǎng)的載流子壽命以及提高的電荷收集效率，能夠提高電池效率。同時(shí)，Br摻雜對(duì)可印刷介觀PSC器件J-V測(cè)試中的回滯現(xiàn)象有影響。通過(guò)電化學(xué)阻抗譜測(cè)試研究了不同Br摻雜的鈣鈦礦電池的界面動(dòng)力學(xué)行為。將p型NiO半導(dǎo)體設(shè)置在Al2O3絕緣層與碳對(duì)電極之間，制備了基于TiO2/Al2O3/NiO/Carbon四層無(wú)機(jī)框架的全印刷介觀鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。與只含Al2O3