论文部分内容阅读
钙钛矿太阳能电池是一种非常有前景的基于有机无机杂化材料的光伏体系,相比与其他种类的太阳能电池,钙钛矿太阳能电池的研究发展的非常迅速。钙钛矿类材料具有非常优异的晶体学特征及光电性能。首先,钙钛矿材料拥有近乎完美的结晶度,这是砷化镓和晶体硅等无机太阳能电池材料共有的特征,但制造完美的无机太阳能材料通常需要非常高的温度、昂贵的真空设备和复杂的生长工艺,而高结晶度的钙钛矿类材料能在低温下,通过简易的化学方法合成。同时,钙钛矿类材料具有优异的光吸收性能,此类材料带隙宽度合适,约为1.5 eV,光吸收能力比有机染料高10倍以上,400 nm厚的薄膜即可吸收紫外-近红外光谱范围内的所有光子[1]。另一方面,钙钛矿类材料具有长程载流子扩散性能,掺氯的甲胺基卤化铅的载流子有效扩散长度超过了1μm,是有机太阳能电池材料扩散长度的100倍。再者,钙钛矿类电池光电转换过程的基本能量损失很小,约为0.4 eV,而商业化的单晶硅电池能量损失也约为0.4 eV,这个特性远优于传统的染料敏化电池(0.8 eV)。本研究提出基于钙钛矿类材料的平面异质结太阳能电池的制备思路,采用氯化铅和碘甲胺为原料反应生成杂化钙钛矿材料CH3NH3PbIxCl3-x,作为太阳能电池的光吸收层,采用FTO作为透明导电电极作为电子收集层,并采用旋涂工艺分别制备出电子传输层(二氧化钛致密层)、光吸收层(钙钛矿层)和空穴传输层,通过热蒸镀技术蒸镀金作为空穴收集层,舍弃了传统敏化太阳能电池中的介孔Ti02层,简化了器件结构和制备工艺,制备出的平面异质结薄膜太阳能电池。本研究分别采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、紫外-可见-近红外分光光度计对电池材料的晶体结构、形貌、吸收光谱进行检测。电池的性能参数是在AM1.5模拟光源,100 mW/cm2的光强的标准条件下进行测试,沉积5层钙钛矿材料的电池平均光电转换效率达到9.05%,最优性能电池的光电转换效率达到10.88%,开路电压0.88 V,短路电流23.71 mA/cm2,填充因子52.7%。