寬光譜響應(yīng)光電功能薄膜的制備及其光伏性能研究.pdf

1、近些年來(lái)，由于晶硅電池與無(wú)機(jī)化合物薄膜電池的高成本、高污染等問(wèn)題日益凸顯，針對(duì)低成本、長(zhǎng)壽命、綠色高效的第三代新型薄膜太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)成為全世界研究的焦點(diǎn)。其中一個(gè)問(wèn)題是，第三代新型太陽(yáng)能電池采用的光電功能薄膜普遍僅能響應(yīng)可見(jiàn)光，導(dǎo)致占太陽(yáng)光譜總能量約一半的紅外光無(wú)法被充分利用，進(jìn)而限制了其光伏性能極限的突破。因此，開(kāi)發(fā)具有寬光譜響應(yīng)的光電功能薄膜對(duì)于進(jìn)一步提高太陽(yáng)能電池的光伏性能具有重要意義。對(duì)此，本文圍繞寬光譜響應(yīng)光電功能薄膜的制備

2、及其光伏性能這一關(guān)鍵課題展開(kāi)了一系列研究，具體進(jìn)展如下:
　　1.制備了一種具有3D星型形貌、等離子增強(qiáng)的上轉(zhuǎn)換材料Y2O3∶Er/Au@TiO2(SYE/A@T)，并將其與亞微米TiO2(200nm)混合構(gòu)建了多功能散射層用于制備TiO2基染料敏化太陽(yáng)能電池(DSSC)光陽(yáng)極薄膜。在此SYE/A@T材料中，Au納米顆?？梢酝ㄟ^(guò)自身的等離子效應(yīng)增強(qiáng)Y2O3∶Er的上轉(zhuǎn)換發(fā)光，同時(shí)TiO2包覆層可以改善Y2O3∶Er的電子傳輸和染料

3、吸附。因此，添加了SYE/A@T材料的光陽(yáng)極薄膜不僅光散射能力大大增強(qiáng)，而且表現(xiàn)出拓展至近紅外區(qū)的光捕獲范圍，最終導(dǎo)致DSSC光伏性能提升。在最優(yōu)的SYE/A@T添加量條件下，相應(yīng)DSSC器件獲得了8.62％的光電轉(zhuǎn)換效率，相對(duì)于未使用SYE/A@T的電池提升了27.6％。
　　2.開(kāi)發(fā)了一種混雜洗膜溶劑方法用于制備平面基底超平鈣鈦礦薄膜。我們?cè)谝徊叫恳訢MF/DMSO為共溶劑的CH3NH3PbI3前驅(qū)液過(guò)程中，通過(guò)滴加混雜洗膜

4、溶劑（正己烷與氯苯混合物）來(lái)調(diào)控DMSO-PbI2-MAI中間相薄膜的形貌與組成，得到了純的中間相產(chǎn)物DMSO-PbI2-MAI，以此誘導(dǎo)后續(xù)退火過(guò)程中鈣鈦礦的同步結(jié)晶，從而獲得表面形貌超平的鈣鈦礦薄膜，其RMS粗糙度僅為7.3nm。形貌、時(shí)間分辨熒光、電化學(xué)阻抗以及強(qiáng)度調(diào)制瞬態(tài)光電流譜的分析結(jié)果表明，這種超平的鈣鈦礦薄膜電池器件內(nèi)部的層間接觸更為緊密，ZnO/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD界面電荷轉(zhuǎn)移更為高效。最終，相

5、應(yīng)的平面異質(zhì)結(jié)PSC獲得了優(yōu)異的且重復(fù)性高的光伏性能，光電轉(zhuǎn)換效率最高達(dá)到16.93％，平均值達(dá)16.36％。
　　3.首次制備了原位內(nèi)嵌β-NaYF4∶Yb，Er上轉(zhuǎn)換納晶(UCNCs)的鈣鈦礦復(fù)合薄膜。我們采用配體交換處理得到了CH3NH3I包覆的UCNCs并將其添加到CH3NH3PbI3鈣鈦礦前驅(qū)液中，在旋涂成膜過(guò)程中，UCNCs作為成核位點(diǎn)誘導(dǎo)了鈣鈦礦晶體的異質(zhì)外延生長(zhǎng)，同時(shí)也被原位嵌入到鈣鈦礦薄膜中。最終制得的鈣鈦礦薄膜

6、不僅均勻致密，晶粒尺寸顯著增大，更重要的是內(nèi)嵌的UCNCs可以輔助吸收近紅外光。此鈣鈦礦薄膜組裝的平面PSC在AM1.5G光照下獲得了19.70％的光電轉(zhuǎn)換效率，相比原始鈣鈦礦組裝的電池性能提高了46％;在980nm激光照射下，器件獲得了0.37％的光電轉(zhuǎn)換效率，是原始器件的740倍。重要的是，在相對(duì)濕度40％空氣條件下連續(xù)暴露33天后，器件仍然保持最高性能的81％，表明這種方法制備的UCNCs內(nèi)嵌鈣鈦礦薄膜及相應(yīng)電池器件具有良好的空氣