大面积钙钛矿型太阳能电池及组件制作工艺

【摘要】：钙钛矿太阳能电池(PSC)是近几年发展起来的一种新型太阳能电池。由于钙钛矿对可见光的高吸收、良好的双极输运特型以及简单的成膜工艺等特点,受到研究者的广泛关注。尤其是钙钛矿太阳能电池的效率从2006年到2015年,短短的10年内从2.2%上升到了20.1%,这种效率的发展速度是前所未有。本文基于FTO/cp-TiO_2/meso-TiO_2/CH_3NH_3PbI_3/Carbon的结构制备大面积钙钛矿太阳能电池,从电池的工艺、结构以及钙钛矿本身三个方面进行了优化,并对钙钛矿太阳能电池组件进行了初步研究:(1)采用两步旋涂法制备钙钛矿层。对比热压、有效面积对电池性能的影响。对比介孔结构与平面结构在同样工艺条件下的电池性能,得出了介孔结构热压后效果最好,当有效面积为1.5cm2时,最高效率为1.31%,平均效率为1.02%。由此将经过热压处理介孔结构电池作为参照。(2)以参照电池为基础进行优化。优化了介孔层结构,在对比了两种单层介孔以及两种双层介孔所制作出钙钛矿太阳能电池的性能,发现TiO_2/ZrO_2双介孔层结构的钙钛矿太阳能电池的整体性能要优于其他三种介孔制作的电池。在参照电池的基础上对钙钛矿分别进行Cl-阴离子掺杂、5-AVA~+阳离子掺杂以及Cl~-阴离子与5-AVA~+阳离子同时掺杂。结果发现掺杂改善了钙钛矿的形貌,提升了载流子的传输特性,减少了载流子复合,从而提升了电池整体的性能。最后综合这两个方面,在TiO_2/ZrO_2双介孔层结构的基础上同时对钙钛矿进行双掺杂,制作出的大面积钙钛矿太阳能电池如预期一样得到了进一步的优化。得到了本论文有效面积为1.5cm2的大面积钙钛矿太阳能电池最高的效率:1.82%。(3)为了制作并联结构的钙钛矿太阳能电池组件,钙钛矿的制备方法从两步法改为一步法,对介孔层的制备采用丝网印刷的方法。在参照电池的基础上对比两步法和一步法,一步法制作的大面积钙钛矿太阳能电池效率有所提高,在对钙钛矿进行双掺杂后,效率进一步提高。但制作的钙钛矿太阳能电池组件性能并不是非常理想。 【关键词】：钙钛矿太阳能电池 大面积 双层介孔 掺杂 太阳能电池组件
【学位授予单位】：北京信息科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 引言9
• 1.2 钙钛矿太阳能电池9-13
• 1.2.1 钙钛矿太阳能电池的发展9-10
• 1.2.2 钙钛矿材料特性10-11
• 1.2.3 钙钛矿太阳能电池的器件结构及其工作原理11-13
• 1.2.4 钙钛矿太阳能电池研究现状13
• 1.2.5 钙钛矿太阳能电池目前存在的问题13
• 1.3 大面积太阳能电池13-15
• 1.3.1 太阳能电池组件13-14
• 1.3.2 大面积钙钛矿太阳能电池14-15
• 1.4 本论文的设计思想和主要研究内容15-16
• 第2章 大面积钙钛矿太阳能电池的制备及测试表征16-24
• 2.1 实验药品16-17
• 2.2 实验仪器17
• 2.3 LPSC的实验流程17-19
• 2.4 LPSC材料的表征19-20
• 2.4.1 场发射扫描电子显微镜19-20
• 2.4.2 X射线能量分散谱仪20
• 2.4.3 X射线衍射仪20
• 2.4.4 紫外-可见吸收光谱仪20
• 2.5 LPSC的性能测试20-23
• 2.5.1 LPSC电流-电压性能测试20-21
• 2.5.2 LPSC的入射单色光子-电子转化效率测试21-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 大面积钙钛矿太阳能电池的性能研究24-38
• 3.1 引言24-25
• 3.2 实验部分25
• 3.3 实验结果与讨论25-35
• 3.3.1 热压对LPSC的影响25-28
• 3.3.2 有效面积对介孔结构LPSC性能的影响28-30
• 3.3.3 有效面积对平面结构LPSC性能的影响30-33
• 3.3.4 介孔与平面结构LPSC的性能对比33-35
• 3.4 本章小结35-38
• 第4章 大面积钙钛矿太阳能电池各层的材料对电池性能的影响38-67
• 4.1 引言38
• 4.2 实验部分38-40
• 4.3 实验结果与讨论40-66
• 4.3.1 介孔材料及结构对LPSC性能的影响40-50
• 4.3.2 掺杂钙钛矿层对LPSC性能的影响50-61
• 4.3.3 整体优化后不同有效面积LPSC的性能研究61-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 大面积钙钛矿电池组件制作工艺的初步研究67-74
• 5.1 引言67
• 5.2 实验部分67-68
• 5.3 实验结果与讨论68-73
• 5.3.1 一步法制备LPSC电池的研究68-72
• 5.3.2 PSCM的初步研究72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第6章 结论与展望74-77
• 6.1 结论74-75
• 6.2 存在的问题及下一步工作方向75-76
• 6.3 展望76-77
• 参考文献77-80
• 个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果80-81
• 致谢81

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