有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的研究

来源 :中国地质大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:jeall
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有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池由于具有光电转换效率高、成本低、制备工艺简单等优势成为近几年光伏领域的研究热点。自2009年问世以来,钙钛矿电池取得了飞速的发展。但由于研究时间短,仍有一些问题需要深入研究。首先,钙钛矿材料的可控制备仍是一个挑战,其反应动力学机制尚不明确;其次,钙钛矿电池展现出有别于传统光伏器件的输运行为,例如迟滞效应,光照预处理对器件输出性能的影响等等,其物理机制还不清楚;第三,如何改善载流子的抽取速率,进而提高柔性钙钛矿太阳电池的光电转换效率还有待深入研究。针对上述问题,本论文开展以下几方面的研究工作:(1)通过调节两步浸泡法中CH3NH3I溶液的浓度、浸泡温度、浸泡时间,有效调控了CH3NH3I在PbI2中的扩散行为、成核密度和反应速率,进而实现了对薄膜晶粒尺寸、形貌和相纯度的调控,并系统分析了其反应动力学机制。利用优化后的工艺参数即CH3NH3I溶液浓度为10mg/ml,浸泡时间为10min,制备的CH3NH3PbI3薄膜作为光吸收层应用在太阳能电池中,获得了11%的光电转换效率;(2)利用两步旋涂法制备CH3NH3PbI3薄膜,并系统分析了CH3NH3I浓度对薄膜的结晶性能、表面形貌以及光吸收性能的影响。结果表明,当CH3NH3I浓度为70mg/ml时,CH3NH3PbI3薄膜表面致密平整、相纯度高,以此为光吸收层制备的太阳能电池的光电转换效率达到12.3%;(3)系统研究了光照预处理对钙钛矿电池输出性能的影响,发现最初3min之内光照预处理可以显著提高器件的输出性能,但延长光照时间到7min之后电池的效率开始降低。利用离子移动的观点对上述光致输运特性进行了初步的机理分析。(4)通过改进后的两步旋涂法,即在CH3NH3I溶液中加入微量的DMF,在柔性PET基底上首次成功生长了一维CH3NH3PbI3纳米线,与常规CH3NH3PbI3薄膜相比,CH3NH3PbI3纳米线与Zn O形成界面后,表现出更快的电子抽取速率,为提高柔性钙钛矿电池的光电转换效率提供了新思路。
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