【摘 要】
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随着经济社会的快速发展,世界各国对能源的需求都越来越大,从世界范围来看,在经济迅速发展,逐步实现工业化的同时也暴露出了严重的能源短缺问题。传统的化石燃料属于不可再生能源,不能一直维持人类的需求,而且化石燃料的大量燃烧会产生多种有害气体,对自然环境的破坏是不可逆性的,因此保护自然环境,寻找化石燃料的替代品已经迫在眉睫。太阳能作为一种无污染,能量高,利用方式广泛的新能源,正在吸引着越来越多人的目光。随
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随着经济社会的快速发展,世界各国对能源的需求都越来越大,从世界范围来看,在经济迅速发展,逐步实现工业化的同时也暴露出了严重的能源短缺问题。传统的化石燃料属于不可再生能源,不能一直维持人类的需求,而且化石燃料的大量燃烧会产生多种有害气体,对自然环境的破坏是不可逆性的,因此保护自然环境,寻找化石燃料的替代品已经迫在眉睫。太阳能作为一种无污染,能量高,利用方式广泛的新能源,正在吸引着越来越多人的目光。随着相关技术的逐步发展,对太阳能的利用方式也更加多样化,其中的太阳能电池作为最基本的一种利用形式,近些年得到了快速发展,相应的制备技术正在获得稳步提升,目前已经发展到以钙钛矿太阳能电池为核心的第三代太阳能电池,并已经在一些商业领域展开应用,取得了良好的经济效益。目前钙钛矿太阳能电池主要包括全无机钙钛矿太阳能电池、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池等类型,其中全无机钙钛矿太阳能电池由于具有制备过程简单、毒性较小、制作成本低廉、可大规模生产等优势而被科研工作者所关注。本文主要对全无机钙钛矿太阳能电池展开研究,主要包括两部分实验内容,第一部分实验利用电化学工作站与三电极体系,探索出成本低廉,可大规模化生产的大面积Cs Pb I2Br钙钛矿太阳能电池的制备方法,第二部分实验采用两步旋涂法制备Cs Pb Br3钙钛矿太阳能电池,并采取反溶剂处理与加入添加剂的措施有效提升太阳能电池的光电性能。具体研究内容如下:第一,利用电化学工作站在三电极体系中采用恒电流电沉积技术制备PbO2薄膜,以此为基础,制备Cs Pb I2Br钙钛矿薄膜,最终组装为FTO/c-Ti O2/m-Ti O2/Cs Pb I2Br/Carbon结构的全无机钙钛矿太阳能电池。实验证明在旋涂CsBr溶液过程中,利用0.07 mol/L与0.05 mol/L两种浓度的CsBr甲醇溶液依次旋涂于同一Pb I2衬底表面,可以制备出更加均匀致密,结晶性能更好的Cs Pb I2Br钙钛矿薄膜,此时薄膜的质量明显优于这两种浓度的CsBr甲醇溶液单独旋涂制备的Cs Pb I2Br薄膜的质量。对钙钛矿太阳能电池进行IMPS、IMVS测试并计算得出,采用0.07 mol/L与0.05 mol/L两种浓度的CsBr甲醇溶液共同旋涂制备钙钛矿太阳能电池时的电子传输时间变短,电子-空穴复合时间增长,制备出开路光电压为0.99 V,短路光电流为11.74 m A cm-2,填充因子为57.3%,光电转换效率为6.66%的Cs Pb I2Br全无机钙钛矿太阳能电池。为进一步提升电池性能,在CsBr甲醇溶液中添加1.0V%DMF制备钙钛矿薄膜,并对其进行SEM表征、XRD测试等,可以明显观察到此时薄膜中结晶颗粒的尺寸明显增大,排列更加均匀致密,钙钛矿薄膜结晶性能增强。最终制备了开路光电压为1.04 V,短路光电流为12.67 m A cm-2,填充因子为61.7%,光电转换效率为8.13%的Cs Pb I2Br大面积全无机钙钛矿太阳能电池,为相关领域的实验研究提供了一定参考。第二,研究了利用两步旋涂法制备具有FTO/c-Ti O2/m-Ti O2/Cs Pb Br3/Carbon结构的全无机钙钛矿太阳能电池,并采取不同优化措施提升电池的光电性能。首先分别使用氯苯、甲苯对Pb Br2薄膜进行反溶剂处理,然后再进行CsBr溶液的旋涂,制备出Cs Pb Br3钙钛矿薄膜,随后采取分别在CsBr溶液中添加DMF、TEA的措施提升钙钛矿薄膜质量,并最终确定DMF、TEA的最优添加比例分别为1.0V%、0.1V%。通过对不同制备条件得到的钙钛矿薄膜进行SEM表征以及UV-vis测试等,证明了使用添加剂和反溶剂处理均能够有效增大钙钛矿薄膜的结晶颗粒尺寸,提升薄膜的均匀程度,增加钙钛矿薄膜的吸光度等,最终得到开路光电压为0.99 V,短路光电流12.85 m A cm-2,填充因子为44.2%,光电转换效率为5.62%的Cs Pb Br3全无机钙钛矿太阳能电池,为相关领域的实验研究提供了一定参考。
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