二氧化錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備及光電性能研究.pdf

1、由于傳統(tǒng)能源的有限，及其造成環(huán)境問(wèn)題日益突出，因此環(huán)境友好、可再生的新能源受到各國(guó)的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，有機(jī)–無(wú)機(jī)混合鹵化物型的鈣鈦礦的發(fā)展，帶領(lǐng)走進(jìn)光伏技術(shù)的新紀(jì)元，它與眾不同的屬性主要包括載流子遷移率高、光譜吸收范圍合適、擴(kuò)散長(zhǎng)度長(zhǎng)以及制備的簡(jiǎn)易性等，從而造就其在光伏、發(fā)光二極管、激光等領(lǐng)域成為最具有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的光電子材料。當(dāng)前，基于TiO2組裝的鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池（perovskite solar cells，PSCs）已經(jīng)獲得普遍研

2、究，近乎成熟，而其他金屬氧化物如SnO2的研究還不完全，SnO2因本身優(yōu)異的性質(zhì)有望成為新一代的電子傳輸層。SnO2有與TiO2接近的禁帶寬度，而且SnO2的電子遷移率比TiO2的高，非常有潛力應(yīng)用在PSCs領(lǐng)域。本文嘗試制備了四種SnO2的形貌：二維的納米片，一維的納米棒和納米針以及零維的納米球，并分別組裝成PSCs，對(duì)它們的光電性質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)的研究。
　　主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下：
　　（1）錫源為二水合氯化亞錫，SnO2納

3、米片選用水熱制備，并對(duì)其形貌、晶型進(jìn)行表征。主要采用旋涂法，將超薄的SnO2納米片作為骨架支撐層和光吸收材料，引入到PSCs中。通過(guò)優(yōu)化CH3NH3PbI3的結(jié)晶時(shí)間，可以獲取PSCs的最佳性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在CH3NH3PbI3在結(jié)晶10min時(shí)，CH3NH3PbI3薄膜顆粒尺寸適中，獲得7.81％的光電轉(zhuǎn)換效率（power conversion efficiency，PCE）。采用TiCl4修飾SnO2納米片表面，研究發(fā)現(xiàn)，TiC

4、l4表面處理SnO2納米片之后，PCE從6.86%提升到7.81%。將SnO2納米片基PSCs優(yōu)化處理之后，進(jìn)行器件的重復(fù)性和穩(wěn)定性測(cè)試，得到的平均PCE為7.9%，并且超過(guò)80%的器件PCE大于7.5%，將經(jīng)過(guò)測(cè)試的器件放在手套箱的環(huán)境下，存放240h后，器件的PCE下降5.2%，說(shuō)明制備的SnO2納米片基PSCs性能良好，穩(wěn)定性高。
　?。?）錫源為五水合氯化錫，在堿性條件下，選用水熱，分別合成了SnO2納米針和SnO2納米棒

5、，并分別組裝成PSCs，結(jié)構(gòu)為FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au，經(jīng)過(guò)多組實(shí)驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)SnO2納米棒基PSCs比SnO2納米針基PSCs的平均穩(wěn)定性更高，PCE效果更好，SnO2納米棒基PSCs的平均PCE達(dá)到3.67%，明顯高于SnO2納米針基PSCs的2.1%PCE。當(dāng)用TiO2對(duì)SnO2納米棒進(jìn)行前處理和后處理時(shí)，PSCs的PCE達(dá)到6.08%，平均PCE達(dá)到5.9%，存放240h后，PCE下

6、降了4.4%，說(shuō)明制備的器件的穩(wěn)定性高，衰減率低。
　?。?）錫源為二水合氯化亞錫，采用水熱法合成結(jié)晶度高且形貌規(guī)整的SnO2納米球。將合成的直徑約為50–60nm的SnO2納米球作為骨架支撐層和電子傳輸層引入到PSCs中。通過(guò)優(yōu)化PbI2的旋轉(zhuǎn)速度，獲得12.65%的平均PCE。探討PVP對(duì)制備SnO2納米球的影響以及對(duì)整個(gè)PSCs的影響，發(fā)現(xiàn)添加PVP后，制備的PSCs的效率更高。用TiCl4表面處理SnO2之后，PCE從8.