鈣鈦礦太陽(yáng)電池的研究.pdf

1、經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和環(huán)境問(wèn)題的日益加劇促進(jìn)了太陽(yáng)能電池技術(shù)的快速發(fā)展。鈣鈦礦電池(PVSK)是一種有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型的，以MAPbX3為吸光材料（MA代表甲基氨基，X代表鹵素），配合電子和空穴傳輸材料的新型太陽(yáng)能電池。全固態(tài)鈣鈦礦太陽(yáng)電池由于具有較高的光電轉(zhuǎn)換效率和較低的制備成本成為最具潛力的新一代薄膜太陽(yáng)能電池。CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦吸光材料的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度達(dá)到了1μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于CH3NH3PbI3鈣鈦礦的擴(kuò)散長(zhǎng)度(～100n

2、m)，而且不需要介孔層支架，更成為鈣鈦礦太陽(yáng)電池的研究熱點(diǎn)。CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦的晶型和薄膜的形貌對(duì)電池的性能具有重要影響，因而研究其形貌特征具有重要意義。另一方面，目前全固態(tài)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的的制備方法是鈣鈦礦太陽(yáng)電池組成部分一層層疊加，也就是制備好上一層后才能制備下一層，這樣就使得鈣鈦礦吸光材料和空穴傳輸材料的使用以及對(duì)電極的制備方法受到很大的限制。此外，鈣鈦礦太陽(yáng)電池對(duì)空氣的濕度極為敏感，但是現(xiàn)在的電池結(jié)構(gòu)不利于封裝

3、?；谝陨蟽牲c(diǎn)，本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　第一部分是對(duì)致密層，CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦吸光層，以及金屬對(duì)電極的優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，旋涂異丙醇鈦旋涂液法制備的致密層的鈣鈦礦太陽(yáng)電池的性能較好，用此方法旋涂TiO2致密層的最優(yōu)條件是:轉(zhuǎn)速2000 r.p.m.，旋涂時(shí)間60s，旋涂次數(shù)1次。退火溫度對(duì)CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦的晶型以及薄膜的表面形貌有重要的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明退火溫度是100℃時(shí)，CH3NH

4、3PbI3-xClx鈣鈦礦的晶體結(jié)構(gòu)主要是CH3NH3PbI3的正方相結(jié)構(gòu)，薄膜的針孔度最小，覆蓋率最高。在100℃退火溫度下采用程序退火的方法繼續(xù)對(duì)鈣鈦礦的形貌進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明程序退火方法比一步退火方法制備的鈣鈦礦吸光層的針孔度更小，薄膜的覆蓋率更高，鈣鈦礦太陽(yáng)電池的性能更優(yōu)。至于Ag和Au金屬對(duì)電極對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的影響研究表明，Au金屬對(duì)電極鈣鈦礦太陽(yáng)電池的性能優(yōu)于Ag金屬對(duì)電極鈣鈦礦太陽(yáng)電池的性能。綜合各部分的優(yōu)化條件，平

5、面異質(zhì)結(jié)CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦太陽(yáng)電池的最優(yōu)效率達(dá)到了14.64％。
　　第二部分是用“兩步法”制備CH3NH3PbI3鈣鈦礦吸光層，并對(duì)其進(jìn)行了SEM，XRD，紫外-可見(jiàn)吸收測(cè)試。為了降低鈣鈦礦太陽(yáng)電池的成本，本實(shí)驗(yàn)組裝了一種海綿狀碳膜為對(duì)電極的雙基板介孔CH3NH3PbI3鈣鈦礦太陽(yáng)電池，即FTO/TiO2致密層/TiO2介孔層/CH3NH3PbI3鈣鈦礦/空穴傳輸材料/海綿狀碳膜/FTO，并研究了不同厚度的Ti

6、O2介孔層和碳膜對(duì)鈣鈦礦太陽(yáng)電池性能的影響。研究表明，TiO2介孔層的厚度對(duì)電池的性能具有重要影響:當(dāng)TiO2介孔層的厚度是520nm左右時(shí)電池的性能最佳。如果TiO2介孔層太薄，在介孔層的上面就會(huì)形成一層較厚的鈣鈦礦吸光層。這樣受光照射后，從鈣鈦礦吸光層中產(chǎn)生的載流子由于復(fù)合作用不能有效的搜集。除此之外，在較厚的鈣鈦礦吸光層中產(chǎn)生的激子可能在到達(dá)致密層界面之前就失去了活性。相反，如果TiO2介孔層厚度太厚，雖然介孔TiO2與CH3NH

7、3PbI3有足夠的界面適于電子從CH3NH3PbI3注入到TiO2，但是，光生空穴在到達(dá)空穴傳輸材料之前需要穿過(guò)的距離就會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，與此同時(shí)TiO2中的電子與鈣鈦礦中的空穴復(fù)合的幾率增加，從而導(dǎo)致器件的性能較差。研究還表明海綿狀碳膜的形貌和機(jī)械性能是使此雙基板結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)電池工作的主要因素:碳膜的最優(yōu)厚度是20μm。當(dāng)多孔碳膜太薄時(shí)，在壓力作用下薄膜的變形不足以使碳膜與相鄰層之間形成良好的接觸界面，導(dǎo)致器件的性能較差;當(dāng)多孔碳膜太厚時(shí)