改進(jìn)兩步法制備基于TiO2的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能研究.pdf

1、作為一種重要的無(wú)機(jī)納米半導(dǎo)體材料，TiO2有良好的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、無(wú)毒性、難溶性、高的折光系數(shù)和穩(wěn)定的物理化學(xué)性能等特點(diǎn)。同時(shí)因其優(yōu)良的光學(xué)性能和氣敏、壓敏、光敏等敏感性質(zhì)，并且對(duì)紫外線的吸收能力更強(qiáng)。所以在光催化劑、敏感元件、太陽(yáng)能電池等方面，TiO2納米材料應(yīng)用前景都十分廣闊。目前，在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，納米結(jié)構(gòu)TiO2作為電子傳輸層，對(duì)提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率起到了重要的作用。本論文通過(guò)采用不同方法制備 TiO2電子傳輸層以及

2、優(yōu)化兩步法制備基于TiO2電子傳輸層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，進(jìn)而提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別采用旋涂法、噴霧熱解法和原子沉積（ALD）制備TiO2電子傳輸層（空穴阻擋層），并將其運(yùn)用于鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器件的制備中。通過(guò)SEM、XRD、I-V等測(cè)試方法對(duì)比三種制備方法的不同之處。ALD-TiO2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率最高到達(dá)7.84％，噴霧熱解-TiO2器件效率為6.06%，而旋涂-TiO2鈣鈦礦太陽(yáng)能電池器

3、件的效率僅為3.23%。通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察TiO2致密層表面，發(fā)現(xiàn)ALD法制備得到的薄膜表面致密幾乎無(wú)針孔，而噴霧熱解法制備的TiO2表面褶皺處存在小孔，而旋涂法制備得到的薄膜表面有許多納米級(jí)的針孔。這使得致密層不能有效傳輸電子阻擋空穴，導(dǎo)致電池內(nèi)部串聯(lián)電阻較大，并聯(lián)電阻較小，電池效率減小。⑵通過(guò)優(yōu)化傳統(tǒng)兩步法，從而提高基于TiO2電子傳輸層鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率。采用控制碘化鉛溶液的濃度，浸漬時(shí)間，浸漬溫度以及預(yù)先旋涂低濃度碘甲胺

4、溶液等方法改進(jìn)兩步法制備工藝，使鈣鈦礦覆蓋層中的大晶粒覆蓋面更廣，并且去除碘化鉛殘余。通過(guò)SEM觀察到，當(dāng)PbI2濃度降低至0.8時(shí)，鈣鈦礦覆蓋層的大晶粒會(huì)顯著減少，而延長(zhǎng)浸漬時(shí)間以及提高浸漬溫度都能增加鈣鈦礦覆蓋層中的大晶粒覆蓋率。當(dāng)預(yù)先旋涂低濃度CH3NH3I溶液，PbI2濃度為1M，浸漬時(shí)間延長(zhǎng)至10min時(shí)，其鈣鈦礦層的厚度約為300nm，得到的電池器件效率最佳。其效率為12.9%，短路電流密度為19.4mA·cm-2。通過(guò)提高