新型疊合式鈣鈦礦太陽能電池及其光電性能研究.pdf

1、鈣鈦礦太陽能電池(perovskite solar cells，PSCs)是近幾年迅速發(fā)展起來的新型薄膜光伏器件。由于其光電轉(zhuǎn)換效率高，制備工藝簡單，成本低廉，被認(rèn)為是非常有前景的第三代太陽能電池。在PSCs眾多研究課題中，電池構(gòu)型的設(shè)計(jì)對(duì)其光電性能有十分重要的影響。目前，雖然平板和多孔兩種構(gòu)型鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率都發(fā)展到20％左右，但對(duì)于電池結(jié)構(gòu)和不同吸光材料間的匹配性問題卻缺乏系統(tǒng)的研究和認(rèn)知。此外，上述兩種構(gòu)型的PSCs金屬電

2、極制備過程能耗大、需要高真空條件，非常不利于電池的規(guī)?；a(chǎn)。本論文對(duì)基于兩種基本結(jié)構(gòu)和兩種常見光吸收材料的PSCs進(jìn)行系統(tǒng)研究，揭示了不同吸光材料與電池結(jié)構(gòu)間的匹配性規(guī)律;在確定最優(yōu)電池結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，我們?cè)O(shè)計(jì)并制備了新型疊合式鈣鈦礦電池，大大簡化了電池的制備工藝，有利于鈣鈦礦電池的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
　　首先，我們系統(tǒng)研究了基于不同構(gòu)型和吸光材料的四種PSCs的光電特性。從吸光層的形貌、結(jié)晶性、光吸收和內(nèi)部電荷分離機(jī)制方面進(jìn)行深入分析

3、，發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用CH3NH3PbI3作吸光層時(shí)，基于多孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性變好，光生電子也可以更有效的注入TiO2中。而對(duì)于CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦，多孔TiO2的引入反而不利于內(nèi)部光生電子的分離。對(duì)四種電池的光電性能進(jìn)行表征，基于多孔結(jié)構(gòu)的CH3NH3PbI3電池效率高達(dá)14.05％，而平板結(jié)構(gòu)的效率只有6.76％。相反的，當(dāng)使用CH3NH3PbI3-xClx做光敏劑時(shí)，平板結(jié)構(gòu)的PSCs效率達(dá)到了12.67％，而多孔結(jié)構(gòu)

4、的效率只有7.87％。由此可以知道，使用常規(guī)的方法制備PSCs時(shí)，CH3NH3PbI3吸光層更適用于多孔結(jié)構(gòu)，而CH3NH3PbI3-xClx則在平板結(jié)構(gòu)中有更好的光電性能。
　　其次，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種通過簡單疊合兩塊電極而制備的PSCs，其中一塊電極由不同背基板和PEDOT∶PSS組成，另一塊由FTO、TiO2、鈣鈦礦、Spiro-MeOTAD和PEDOT∶PSS組成。我們對(duì)兩個(gè)電極的界面，即兩層PEDOT∶PSS界面進(jìn)行研究，發(fā)

5、現(xiàn)當(dāng)PEDOT∶PSS表面較為粗糙時(shí)，可以更有效的傳輸空穴。對(duì)FTO、鋁箔紙、銅箔、ITO-PEN、鋼板、鋁板、銅板共七種柔性和剛性背基板組裝電池并進(jìn)行J-V表征，鋁箔紙表現(xiàn)了最好的光電性能，其最高能量轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10.88％，開路電壓、短路電流密度和填充因子分別為0.82 V、19.17 mA cm-2和0.69。對(duì)基于不同基板的PSCs進(jìn)行EIS表征，發(fā)現(xiàn)鋁箔紙和PEDOT∶PSS界面之間的回傳電阻最小。和傳統(tǒng)的制備方法相比，疊合式