太陽(yáng)能電池用有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)與光電性能.pdf

1、隨著煤、石油、天然氣等不可再生能源的日益枯竭，利用太陽(yáng)能應(yīng)對(duì)能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題已成為各國(guó)研究人員的重要課題。有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池自2009年被發(fā)現(xiàn)以來(lái)，由于其低溫可制備、穩(wěn)定性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，短短幾年時(shí)間得到了迅猛的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8％到今年已經(jīng)達(dá)到了22.1%。而作為太陽(yáng)能電池的光吸收層材料，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的性能對(duì)太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率會(huì)產(chǎn)生極大的影響，因此對(duì)有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)與光電

2、性質(zhì)的研究十分必要。
　　本文探尋了有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并建立了具有Cl摻雜的CH3NH3PbI3-xClx以及CH3NH3PCl3晶體結(jié)構(gòu)，通過(guò)使用Material Studio軟件中CASTEP程序，對(duì)所建立的結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一性原理計(jì)算，得到不同體系材料的電子結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)。計(jì)算結(jié)果表明，CH3NH3PbI3-xClx體系的光吸收性能與載流子濃度要優(yōu)于CH3NH3PbX3體系，而其中的CH3NH

3、3PbI2Cl鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)計(jì)算得到的載流子濃度較大，帶隙又相對(duì)較小，吸收范圍最廣，更適合作為太陽(yáng)能電池的光吸收層材料。
　　在理論計(jì)算的基礎(chǔ)上，本文選擇CH3NH3Cl與PbI2(Ⅱ)粉末與DMF有機(jī)溶液混合作為前驅(qū)體溶液，通過(guò)對(duì)溶液的差熱-熱重分析而制定了制備CH3NH3PbI3-xClx有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的工藝參數(shù)，對(duì)得到的鈣鈦礦薄膜進(jìn)行測(cè)試與表征，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最終得到基底導(dǎo)電玻璃加熱170℃時(shí)旋涂，得到的薄

4、膜隨后在120℃下保溫10min退火的最優(yōu)工藝參數(shù)。通過(guò)對(duì)鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)與以往報(bào)道不同的是，CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦材料的X射線(xiàn)衍射圖在14.8°與15.2°存在峰值，并且其結(jié)果與第一性原理計(jì)算得到的結(jié)果擬合良好。
　　最后，采用COMSOL有限元軟件對(duì)不含空穴傳輸材料的有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)能電池進(jìn)行建模及數(shù)值模擬，模擬采用計(jì)算與實(shí)驗(yàn)得到的相關(guān)參數(shù)。通過(guò)模擬單色光和太陽(yáng)光對(duì)電池的輻照，得到不同