層狀有機-無機雜合物(C6H5C2H4NH3)2(CH3NH3)m-1PbmI3m+1(m=1,2,3)在太陽能電池中的應(yīng)用.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭，對清潔的可再生能源的開發(fā)與利用已成為人們關(guān)注的焦點，太陽能電池由于可以將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能而引起人們的廣泛關(guān)注。目前，基于CH3NH3PbI3的鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率已超過20％。然而，CH3NH3PbI3遇水極易分解，紫外線照射下同樣極易分解。層狀有機-無機類鈣鈦礦雜合物(C6H5CH2CH2NH3)2(CH3NH3)m-1PbmI3m+1(簡寫為(PEA)2(MA)m-1P bmI3m+1;m=1,

2、2,3)具有連續(xù)可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)以及較好的光電特性和化學(xué)穩(wěn)定性。為此，本論文以(PEA)2(MA)m-1PbmI3m+1為研究對象成功合成雜合物粉晶，制備穩(wěn)定性優(yōu)異的雜合物薄膜，并將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池。研究雜合物無機層數(shù)對其能帶結(jié)構(gòu)的影響。同時研究不同結(jié)構(gòu)電子傳輸層及其厚度以及雜合物無機層數(shù)對鈣鈦礦太陽能電池光電性能的影響。主要研究結(jié)果如下：
　　(1)采用傳統(tǒng)液相法合成雜合物(PEA)2(MA)m-1PbmI3m+1(m=1

3、,2,3)粉晶，研究了原料中 MAI的含量對多層雜合物的結(jié)構(gòu)形成的影響。研究結(jié)果表明，雜合物(PEA)2PbI4,(PEA)2(MA)Pb2I7和(PEA)2(MA)2Pb3I10的合成原料PEAI，MAI和PbI2的最優(yōu)原料配比分別為2:1，2:2:2和2:4:3，過量的MAI有利于多層雜合物的形成。雜合物晶體均呈片狀，隨著無機層數(shù)的增加雜合物無機層之間的間隙增加，雜合物的禁帶寬度減小。
　　(2)采用液相沉積法制備雜合物(PE

4、A)2(MA)m-1PbmI3m+1(m=1,2,3)薄膜，研究了雜合物無機層數(shù)對雜合物的結(jié)構(gòu)，在基板上的排列方式，顯微形貌，能帶結(jié)構(gòu)的影響以及雜合物薄膜對空氣中水氧的化學(xué)穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，雜合物薄膜具有較高的表面覆蓋率，較好的化學(xué)穩(wěn)定性，(PEA)2PbI4和(PEA)2(MA)Pb2I7的無機層平行于基板表面排列，(PEA)2(MA)2Pb3I10的無機層垂直于基板表面排列生長，其禁帶寬度值分別為2.34,2.06和1.88eV

5、。雜合物(PEA)2(MA)Pb2I7和(PEA)2(MA)2Pb3I10的能級結(jié)構(gòu)能夠很好的匹配于TiO2和Spiro-OMeTAD。
　　(3)雜合物(PEA)2(MA)m-1PbmI3m+1(m=2,3)薄膜高的表面覆蓋率、合適的能帶結(jié)構(gòu)以及較好的化學(xué)穩(wěn)定性表明其可以用于鈣鈦礦太陽能電池吸光材料。因此，本論文將其用于吸光材料制備鈣鈦礦太陽能電池，研究雜合物無機層數(shù)，不同結(jié)構(gòu)電子傳輸層(TiO2薄膜及 TiO2納米棒薄膜)及其

6、厚度對太陽能電池光電轉(zhuǎn)換性能的影響。研究結(jié)果表明，太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率隨著雜合物無機層數(shù)增加而增加?；?PEA)2(MA)2Pb3I10的平面結(jié)構(gòu)和介孔結(jié)構(gòu)太陽能電池分別獲得了1.62%和3.72%的光電轉(zhuǎn)換效率。TiO2納米棒的引入有效的提高了電池的Jsc。電池的開路電壓，短路電流密度和光電轉(zhuǎn)換效率隨著 TiO2納米棒長度增加而先增加后減小。此外，基于(PEA)2(MA)2Pb3I10鈣鈦礦太陽能電池具有較好的可重復(fù)性和對水氧的