新型鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池的制備與表征.pdf

1、能源是人類活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著常規(guī)化石能源的日益枯竭，開發(fā)新的可再生能源迫在眉睫。太陽能是地球上儲(chǔ)量最豐富的能源，利用太陽能最直接的方法是通過太陽能電池直接將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。在已經(jīng)商品化的太陽能電池市場中，晶體硅太陽能電池因其高的轉(zhuǎn)化效率和成熟的工藝占據(jù)了主導(dǎo)地位，但是由于成本高、工藝復(fù)雜、不易于大面積制造、環(huán)境污染等缺點(diǎn)，無機(jī)晶體硅太陽能電池還不能大規(guī)模地應(yīng)用到生產(chǎn)生活中。
　　自2009年來，新型鈣鈦礦材料(ABX3)被用作

2、吸光層應(yīng)用在太陽能電池中，引起了人們極大的關(guān)注。這種太陽能電池具有消光系數(shù)高、載流子壽命長、轉(zhuǎn)換效率高、工藝簡單、原材料豐富、成本低、可在柔性基底上制備等優(yōu)點(diǎn)，具有很廣闊的發(fā)展前景。
　　論文采用一步法和二步法制備了鈣鈦礦活性層CH3NH3PbI3材料，并對(duì)薄膜性能進(jìn)行了表征，包括X-射線衍射(XRD)、紫外-可見吸收光譜(UV-VIS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、原子力顯微鏡(AFM)。討論了一步法制備鈣鈦礦活性層時(shí)CH3NH3

3、I與PbI2的摩爾比對(duì)成膜性的影響，結(jié)果顯示當(dāng)CH3NH3I與PbI2的摩爾比為1.2∶1時(shí)得到的鈣鈦礦薄膜形貌最佳。當(dāng)在CH3NH3PbI3前驅(qū)體溶液中加入高沸點(diǎn)溶劑N-甲基吡咯烷酮(NMP)時(shí)，鈣鈦礦薄膜的成膜質(zhì)量得到進(jìn)一步提高，原因?yàn)镹MP大大降低了CH3NH3PbI3的結(jié)晶速率。采用兩步法制備鈣鈦礦活性層時(shí)，ITO/PEDOT∶PSS/PbI2在CH3NH3I的異丙醇溶液中的浸泡時(shí)間對(duì)鈣鈦礦的成膜質(zhì)量很關(guān)鍵，浸泡60 min后能

4、夠使CH3NH3I和PbI2完全轉(zhuǎn)化為CH3NH3PbI3。
　　在制備鈣鈦礦活性層的基礎(chǔ)上進(jìn)一步制備了鈣鈦礦太陽能電池器件(ITO/PEDOT∶PSS/CH3NH3PbI3/PCBM/Ga/Al)，并對(duì)其性能進(jìn)行了表征。當(dāng)前驅(qū)體溶液的溶劑為N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，CH3NH3I與PbI2的摩爾比為1.2∶1時(shí)，器件的開路電壓(Voc)為0.86 V，短路電流(Jsc）為15.27 mA/cm2，填充因子(FF)為59.8

5、％，能量轉(zhuǎn)換效率(PCE)為7.85％。在前驅(qū)體溶劑中加入NMP后，器件性能得到了很大提高，制備的最優(yōu)器件的光伏參數(shù)為Voc=0.822 V，Jsc=17.83mA/cm2，F(xiàn)F=80.52％，PCE=11.77％。CH3NH3PbI3-xBrx前驅(qū)體溶液中加入NMP后制備的摻Br太陽能電池的最優(yōu)器件參數(shù)為Voc=0.87 V，Jsc=15.77 mA/cm2，F(xiàn)F=80.89％，PCE=11.16％。通過二步法制備的最優(yōu)器件的光伏參數(shù)

6、為V=0.96 V，Jsc=14.75 mA/cm2,FF=59.05％,PCE=8.38％。
　　鈣鈦礦活性層很不穩(wěn)定，在水分和氧氣環(huán)境下容易降解，這是鈣鈦礦電池實(shí)際應(yīng)用中面臨的最大問題，論文對(duì)鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。我們通過溶劑中加入NMP制備的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，具有很好的穩(wěn)定性。對(duì)放置20天的器件進(jìn)行不定期測試，器件的Voc基本沒變，F(xiàn)F只降低了3.8％，Jsc只降低了7.7％。器件效率從10.28％降低到9.0