鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中阻擋層的系統(tǒng)研究.pdf

1、染料敏化太陽(yáng)能電池(Dye-sensitized solar cell)，由于成本低，效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為第三代太陽(yáng)能電池。而作為染料敏化太陽(yáng)能電池的新生力量一鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池(Perovskite-based solar cell)，自2009年被提出來(lái)之后，經(jīng)過(guò)短暫的發(fā)展，電池效率已經(jīng)接近20％，2013年被Science期刊評(píng)為年度世界十大科技進(jìn)展之一，稱其為太陽(yáng)能技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要突破。除了電池的效率提升迅速以外，鈣鈦礦(per

2、ovskite)材料制備簡(jiǎn)單，相比較傳統(tǒng)的N3，N719等染料，成本低廉，生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成的污染更少。隨著研究的深入，學(xué)者們還發(fā)現(xiàn)，perovskite不僅可以擔(dān)任染料的角色，而且可以同時(shí)傳遞電子和空穴正電荷，意味著原本在染料敏化太陽(yáng)能電池中承擔(dān)這些任務(wù)的TiO2納米晶層(TiO2nanoparticle，nc-TiO2)和空穴傳輸材料(hole transport material)層可以被省略，從而使得電池器件的簡(jiǎn)化成為極有研究

3、意義的方向。憑借這些優(yōu)勢(shì)，鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池近幾年引發(fā)了研究熱潮，更有學(xué)者稱其為“光伏領(lǐng)域的新希望”。
　　對(duì)于染料敏化太陽(yáng)能電池來(lái)說(shuō)，影響電池效率的最主要因素之一是光生電子與氧化態(tài)的染料分子、氧化態(tài)的電解質(zhì)分子發(fā)生復(fù)合，導(dǎo)致電流輸出效率降低。目前所采用的，被認(rèn)為能有效抑制電子復(fù)合的方法之一，是在FTO導(dǎo)電玻璃和TiO2納米晶層之間，添加了一層致密的TiO2阻擋層(compact layer，CL)，這樣可以抑制電子逆?zhèn)鬟f，提高電

4、池效率。在傳統(tǒng)的液態(tài)和固態(tài)太陽(yáng)能電池中，CL的研究已經(jīng)很多，不過(guò)，在鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中，還沒(méi)有看到相關(guān)的研究報(bào)道，在本篇論文中，我們系統(tǒng)地研究了相關(guān)問(wèn)題，主要包括以下四部分內(nèi)容:
　　1、通過(guò)不同方法制備出TiO2阻擋層，研究其在鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中的影響。通過(guò)TiCl4水解法(DIP)和真空濺射法(PVD)制備出不同導(dǎo)電性和致密性的TiO2阻擋層(CL)，并用于不同HTM-鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中，由于兩種空穴傳輸材料—P3HT和

5、spiro-OMeTAD本身的分子大小和導(dǎo)電性不同，因此對(duì)阻擋層有不同的要求。當(dāng)使用小分子，導(dǎo)電性較差的spiro-OMeTAD為空穴傳輸材料時(shí)，導(dǎo)電性較好，致密性更強(qiáng)的PVD-CL效果更好。
　　2、研究了不同性質(zhì)的阻擋層之后，進(jìn)一步通過(guò)可控性較強(qiáng)的噴涂法(spraypyrolysis deposition)制備不同厚度的阻擋層，以研究阻擋層厚度對(duì)電池的影響，得出在鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中，TiO2阻擋層的最佳厚度為～90nm。

6、r>　　3、由于鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池中存在兩條電子傳遞路徑:nc-TiO2和perovskite本身，導(dǎo)致目前關(guān)于鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池的電子傳遞機(jī)理存在兩種爭(zhēng)論。因此我們?cè)O(shè)計(jì)了三種不同器件結(jié)構(gòu)的電池，其中第三種電池結(jié)構(gòu)中只包含一種電子傳遞路徑，通過(guò)研究不同厚度的阻擋層對(duì)這三種電池的影響，得出TiO2納米晶層(nc-TiO2)對(duì)電子傳遞起到重要作用的結(jié)論。為兩種爭(zhēng)論從阻擋層的層面提供了證據(jù)。
　　4、通過(guò)上一部分我們知道，TiO2納米晶