鈣鈦礦太陽能電池中電子空穴傳輸層的研究.pdf

1、新世紀以來全球經(jīng)濟飛速發(fā)展，人口不斷增加，能源供需矛盾惡化，能源危機制約著全球經(jīng)濟的進一步發(fā)展。太陽能以其分布廣泛、清潔、可再生等特點而被公認為最具前景的新能源之一。太陽能電池基于光伏效應將光能轉化為電能被人們所利用。因此開發(fā)低成本高效太陽能電池是實現(xiàn)太陽能資源利用的技術基礎。
　　在近幾年來鈣鈦礦太陽能電池因具有高效、低成本、制備工藝簡單等優(yōu)點引起了廣泛關注。有機無機鹵素鉛鈣鈦礦材料的結構為CH3NH3PbX3，其中X為碘、氯、

2、溴或為它們之間的混合物。鈣鈦礦材料擁有理想的光學帶隙、較高的吸光系數(shù)、長的載流子傳輸距離等特點。短短幾年之內(nèi)鈣鈦礦電池的光電轉化效率從最初的3.8％迅速增長到21.02％，呈現(xiàn)出巨大的研究價值。
　　本文首先對以CH3NH3PbI3-xClx為吸光層的平面異質結鈣鈦礦電池和以CH3NH3PbI3為吸光層的體異質結鈣鈦礦電池分別進行了組裝和優(yōu)化。在對兩種類型鈣鈦礦電池進行組裝和優(yōu)化中，確定了以噴霧熱解二異丙氧基雙乙酰丙酮鈦制備的二氧

3、化鈦電子傳輸層的效果最佳，但是兩種類型的鈣鈦礦電池中電子傳輸層的最優(yōu)厚度不同。在制備CH3NH3PbI3-xClx吸光層時確定了以程序退火法100℃下退火90min鈣鈦礦薄膜致密勻一缺陷較少。在制備CH3NH3PbI3吸光層時，確定碘化鉛旋涂轉速為5500轉/分鐘(r.p.m)和最佳浸泡在甲基碘化胺溶液中的時間為30s。通過上述優(yōu)化，平面異質結鈣鈦礦電池獲得了13.42％的光電轉化效率，體異質結鈣鈦礦電池獲得13.04％的光電轉化效率。

4、
　　高效鈣鈦礦電池大多以二氧化鈦為致密層，然而二氧化鈦的光學和電學性質存在缺陷。在本文中首次通過釕摻雜改善二氧化鈦光電性質，并以CH3NH3PbI3-xClx為吸光層制備了平面異質結鈣鈦礦電池。釕摻雜比例影響著器件性能，當摻雜濃度為0.01M時獲得電池最高光電轉化效率為15.70％，而未摻雜器件效率最高僅為13.42％。整流曲線表明了摻雜后致密層的整流效果增強。通過紫外可見光譜和紫外電子能譜表征了摻雜后半導體材料導帶位置上移，使

5、其與CH3NH3PbI3-xClx的導帶更加匹配，減小了能量損失。通過電化學阻抗譜表征了摻雜后器件的串聯(lián)電阻減小，并聯(lián)電阻增大。降低的串聯(lián)電阻表明電荷更加有效的正向傳輸，提高的并聯(lián)電阻表明了更少的電子空穴復合。在本文中也對新型致密層進行了初步的探究，成功制備了鋅錫氧多元氧化物。通過優(yōu)化鋅錫比例，制備出以CH3NH3PbI3-xClx為吸光層的鈣鈦礦電池獲得最高光電轉化效率達到9.58％，證明了鋅錫氧三元氧化物可以作為致密層應用于鈣鈦礦電