铅基(CH3NH3PbI3和硫化铅胶体量子点)太阳能电池研究

来源 :华中科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:siman2008
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环境污染和能源危机是人类永恒的话题。绿色清洁和储量丰富的太阳能是解决环境污染和能源危机的最好的途径。寻找新的太阳能电池材料,提高太阳能电池效率,获得高效低廉、稳定性良好的太阳能电池,是人类解决环境污染和能源危机的必由之路。有机无机杂化钙钛矿材料(CH3NH3PbX3, X=Cl, Br, I)具有高的吸光系数,超过微米级别的载流子扩散长度,比较合适的禁带宽度,以及可低温溶液法制备成膜等优点。在过去的5-6年,电池的效率从3.8%提高到20.1%。有机无机杂化钙钛矿电池性能,依赖电子收集层和空穴收集层,因此选择和制备合适的材料作为电极收集层和空穴收集层有着重要的意义。  本文利用溶胶凝胶制备NiO薄膜,通过溶液法连续沉积制备了 CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜,制备的平面结的钙钛矿电池。通过不同浓度的NiO前驱体制备不同厚度的NiO薄膜,优化电池性能,获得了7.6%的光电转化效率。为进一步提高电池的效率和稳定性,我们通过热蒸发制备了硫化铋作为电子收集层,获得了光电转化效率超过12%的太阳能电池。由于无机薄膜稳定,隔绝水汽能力更好,我们制备了电池稳定性明显提升。一步溶液法制备的有机无机杂化钙钛矿薄膜存在覆盖率和重复性的问题,我们通过单一热蒸发源制备了CH3NH3PbI3-xClx薄膜,调节不同的PbCl2和CH3NH3I比例,优化薄膜的组成,最后通过溶剂退火提高薄膜质量,制备了光电转化效率超过8%的平面太阳能电池。硫化铅胶体量子点作为铅基家族材料的一员,也是目前很有竞争力的太阳能电池材料,因为它禁带宽度可调,吸光系数较高,溶液加工成膜等优势。我们通过Mg掺杂氧化锌制备 ZnMgO薄膜,调控导带位置和费米能级位置,制备了ZnMgO/PbS-TBAI/PbS-EDT的电池结构,继续通过石墨烯和氯化氧化石墨烯掺杂硫化铅量子点层,获得了超过9%的电池效率。将PbS CQDs应用在CH3NH3PbI3钙钛矿电池的空穴传输层,通过PbS CQDs的尺寸调控能带位置制备了平面钙钛矿太阳能电池。PbS CQDs作为空穴传输层,同时拓展吸光范围。我们为硫化铅和有机无机杂化钙钛矿复合材料和叠层电池的发展提供了平台。
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