鈣鈦礦太陽能電池的制備及其光電化學(xué)性能研究.pdf

1、近些年來，研究報道的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率值越來越高，引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。光生電子-空穴在鈣鈦礦材料中具有低復(fù)合速率，高遷移率，因此具有可觀的擴散長度，這些特點極大促進了其逐步發(fā)展成為一種轉(zhuǎn)化效率高的太陽能電池，同時，鈣鈦礦太陽能電池也具有價格成本低廉、制備方法簡單、結(jié)構(gòu)形式多樣等優(yōu)點。但其仍存在著對外部環(huán)境敏感，內(nèi)部機理不明確等問題。本文中，我們重點研究了濕度對基于TiO2為致密層的平板結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)和性能

2、的影響，并分析研究其影響機理;采用液相兩步法合成了基于ZnO納米線為骨架層的鈣鈦礦太陽能電池，研究其成分、組織結(jié)構(gòu)、形貌對電池性能的影響，優(yōu)化制各條件和組織結(jié)構(gòu)，分析其生長機制。主要研究結(jié)果如下:
　　1.空氣環(huán)境中濕度對鈣鈦礦太陽能電池微觀形貌與光電效率的影響
　　有機無機鹵化鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦吸收層對外界的濕度非常敏感，所以目前絕大多數(shù)鈣鈦礦太陽能電池的制備、封裝都是在手套箱中完成的。從便于工業(yè)規(guī)?；嵌?，本文在全

3、空氣環(huán)境下，采用氣相輔助溶液法制備了平板結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池，研究了不同外界濕度與鈣鈦礦膜形貌、電池效率之間的關(guān)系。采用SEM和XRD電鏡表征了不同濕度下鈣鈦礦的微觀結(jié)構(gòu)，分析其形成過程和生長機制，并測試了其紫外-可見吸收光譜，并從可能的化學(xué)反應(yīng)角度，分析了其與水的反應(yīng)機理。通過比較研究發(fā)現(xiàn):在全空氣環(huán)境中，濕度從70％下降為20％時，電池的轉(zhuǎn)換效率從0.95％增加到5.81％。分析認為濕度的降低，增加了鈣鈦礦膜的覆蓋率以及減少膜的缺

4、陷，并且減少了鈣鈦礦材料與水的反應(yīng)，改善了電池開路電壓、短路電流等性能參數(shù)。
　　2.ZnO納米線骨架層的鈣鈦礦太陽能電池的制備及性能研究
　　在有種子層和無種子層兩種條件的基礎(chǔ)上，分別采用水熱法合成了ZnO納米線陣列和“花簇狀”納米線，并分別將其作為骨架層合成了相應(yīng)的鈣鈦礦太陽能電池。通過SEM分析了表面和截面的形貌，通過XRD和EDS分析了其結(jié)構(gòu)成分以及元素組成。J-V曲線測試表明，有種子層的光電轉(zhuǎn)化效率以及短路電池密度

5、，都大于無種子層的“花簇狀”納米線，IPCE測試表明:在波長(400nm-800nm)范圍內(nèi)， ZnO納米線有序陣列比“花簇狀”納米線都有更高的轉(zhuǎn)化效率。研究發(fā)現(xiàn)，過長的ZnO納米線會使得鈣鈦礦層無法完全覆蓋，會導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)化效率的降低。因此，在有種子層的基礎(chǔ)上，采用縮短水熱法反應(yīng)時間以減小納米線的長度，來獲得更好的鈣鈦礦層覆蓋率，獲得更高的光電轉(zhuǎn)化效率。當(dāng)水熱法反應(yīng)時間從4h下降到1h，效率從0.85％提升到8.56％，各項電池參數(shù)也均