基于喷涂法制备的空穴传输层和电子传输层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

来源 :吉林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HillTang00009
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近年来,有机-无机杂化的钙钛矿太阳能电池由于其较低的制造成本和出色的光伏性能而备受关注。钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池,表现出取代传统硅太阳能电池的巨大潜力,但是其商业化应用仍然面临着许多的问题。优化改良电池的制备方法,寻找新型的空穴传输材料和电子传输材料仍是当前的研究重点。针对这些问题,本论文主要围绕如何制备高效低成本的钙钛矿太阳能电池,寻找高效的、易于制备和成本低廉的空穴传输材料,以及可低温制备的电子传输材料,并改良钙钛矿太阳能电池的制备方法。主要开展了以下两个工作:(1).我们首先制备出了Cu2O纳米粒子作为反式钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。Cu2O是一种窄带隙半导体,由于其具有很高的空穴迁移率,是一种很有发展前景的无机空穴传输层材料。我们使用了低温溶液合成的方法制备出Cu2O纳米立方体,并将其用作反式钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。使用旋涂法将Cu2O纳米立方体制备成空穴传输层,然后制备出完整的钙钛矿电池器件。发现Cu2O的浓度对钙钛矿电池器件有很大的影响,优化后的器件能量转换效率最高能达到9.4%。在前面工作的基础上,我们使用喷涂的方法制备了Cu2O薄膜,并将其用作空穴传输层制备成钙钛矿太阳能电池。结果发现,喷涂法制备的Cu2O薄膜在钙钛矿太阳能电池中的性能表现比旋涂法更好,最高的能量转换效率达到了10.96%,并且器件整体表现出非常高的均匀性。2.我们使用喷涂法制备了SnO2薄膜作为电子传输层,用于平面结构的钙钛矿太阳能电池。在这项工作中,我们研究了一种通用的低成本喷涂工艺,用于在空气环境中制备大面积SnO2薄膜,并将其用作钙钛矿电池的电子传输层。具体而言,我们通过优化喷涂条件生产出不同厚度的致密且光滑的SnO2薄膜,然后基于这种SnO2薄膜制备出高效率的钙钛矿太阳能电池。基于同一批喷涂SnO2薄膜制成的十几个钙钛矿电池器件均表现较高的光电性能,平均能量转换效率超过16%,这证明了通过喷涂制备的大面积SnO2薄膜的可靠性。基于喷涂SnO2薄膜的钙钛矿太阳能电池器件的最大能量转换效率为17.78%,与通过基于旋涂法制备的SnO2薄膜的器件的能量转换效率几乎相同,而且两种器件表现出相似的长期稳定性。这项研究表明,通过喷涂法制备的大面积SnO2薄膜可以用作稳定高效的钙钛矿太阳能电池的电子传输层。由于喷涂法的材料利用率高,适用各种不同的基底和可制备大面积薄膜等特点,因此该方法具有低成本、大规模生产钙钛矿太阳能电池的潜力
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