TiO_2致密层与钙钛矿吸收层的制备及其光伏性能

【摘要】：本论文使用异丙醇稀释2 mol·L-1 TiCl4水溶液以获得介稳态的TiCl4醇水溶液,将其作为前驱体溶液于130℃水解制备TiO2致密层,组装了结构为FTO/c-TiO2/meso-TiO2/CH3NH3Pbl3/spiro-OmetaD/Au的钙钛矿太阳电池,研究了醇水体积比对制备的TiO2致密层的表面形貌、厚度、晶相及带隙的影响,并比较了相应钙钛矿太阳电池的光伏性能；以PbI2粉体为源,使用微距离真空热蒸发制备PbI2薄膜,通过CH3NH3I蒸气处理将其转化为CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层,组装了结构为FTO/c-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OmetaD/Au的平板结构太阳电池,分别探讨了衬底加热及不加热时所制备的PbI2薄膜及相应的CH3NH3PbI3薄膜的化学组成、晶相组成、微结构及光学性质,测试了由其组装的钙钛矿太阳电池的光伏性能；利用球磨法将PbCl2粉体分散到纳米TiO2醇分散液中,旋涂到TiO2致密层上,通过CH3NH3I蒸气处理制备含有骨架层的钙钛矿吸收层,研究了处理过程中元素组成、晶相组成及微结构的变化,组装了相应的钙钛矿太阳电池。结果表明,利用介稳态的TiCl4醇水溶液于130℃C水解可成功制备TiO2薄膜并作为钙钛矿太阳电池中有效的致密层,异丙醇与2 mol·L-1 TiCl4水溶液以体积比6：2混合作为前驱体溶液所制备的TiO2薄膜作为致密层所组装的太阳电池表现出最好的光伏性能,获得了22.48 mA·cm-2的短路电流密度、865 mV的开路电压、54.62%的填充因子及10.61%的光电转换效率；以PbI2粉体为源,采用480℃的源温度及200℃的衬底温度,使用微距离真空热蒸发法制备的PbI2薄膜为沿(006)晶面择优生长的六方片状晶体,经CH3NH3I蒸气处理可转化为颗粒状的CH3NH3PbI3薄膜,所组装的钙钛矿太阳电池获得的短路电流密度为18.42 mAcm-2、开路电压为1.06 V、填充因子为36.44%,相应的光电转换效率为5.73%；利用微距离真空热蒸发在源温度490℃,衬底不加热的条件下可制备具有双层结构的PbI2薄膜,经过CH3NH3I蒸气处理后转化为双层结构的CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层,所组装的太阳电池获得了21.00 mA cm-2的短路电流密度、896 mV的开路电压、50.01%的填充因子及9.41%的光电转换效率；利用球磨法可将PbCl2均匀分散至纳米TiO2中,PbCl2在CH3NH3I蒸气处理过程中首先生成了CH3NH3PbCl3,随着处理时间的增加,Cl元素逐渐被I元素取代,最终生成了结晶度较好的CH3NH3PbI3。 【关键词】：TiO_2致密层 钙钛矿吸收层 微距离真空热蒸发 气相处理 钙钛矿太阳电池
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-25
• 1.1 太阳电池的研究背景17
• 1.2 硅基太阳电池17-19
• 1.3 染料敏化太阳电池19-20
• 1.4 化合物薄膜太阳电池20
• 1.5 量子点敏化太阳电池20-21
• 1.6 钙钛矿太阳电池21-23
• 1.6.1 钙钛矿材料21-22
• 1.6.2 钙钛矿太阳电池的结构及工作原理22-23
• 1.6.3 钙钛矿太阳电池的研究进展23
• 1.7 本论文的研究意义及主要内容23-25
• 第二章 水解法制备TiO_2致密层及其在钙钛矿太阳电池中的应用25-34
• 2.1 引言25
• 2.2 实验部分25-28
• 2.2.1 试剂与仪器25-26
• 2.2.2 导电玻璃衬底的蚀刻与清洗26
• 2.2.3 水解法制备TiO_2致密层26
• 2.2.4 碘甲铵的合成26-27
• 2.2.5 钙钛矿太阳电池的组装27-28
• 2.2.6 测试方法28
• 2.3 结果与讨论28-32
• 2.3.1 TiO_2致密层的表面形貌与厚度28-30
• 2.3.2 TiO_2致密层的晶相组成30
• 2.3.3 TiO_2致密层的紫外-可见吸收光谱30-31
• 2.3.4 钙钛矿太阳电池的光伏性能31-32
• 2.4 本章小结32-34
• 第三章 微距离真空热蒸发制备PbI_2薄膜及其光伏性能34-43
• 3.1 引言34-35
• 3.1.1 含骨架层的钙钛矿吸收层34
• 3.1.2 不含骨架层的钙钛矿吸收层34-35
• 3.2 实验部分35-37
• 3.2.1 试剂与仪器35-36
• 3.2.2 FTO导电玻璃衬底的蚀刻与清洗36
• 3.2.3 PbI_2薄膜的制备36
• 3.2.4 PbI_2薄膜的CH_3NH_3I蒸气处理36-37
• 3.2.5 钙钛矿太阳电池的组装37
• 3.2.6 测试方法37
• 3.3 结果与讨论37-41
• 3.3.1 PbI_2及CH_3NH_3PbI_3薄膜的化学组成37-38
• 3.3.2 PbI_2及CH_3NH_3PbI_3薄膜的晶相组成38-39
• 3.3.3 PbI_2及CH_3NH_3PbI_3薄膜的表面形貌39-40
• 3.3.4 紫外可见近红外吸收光谱40
• 3.3.5 钙钛矿太阳电池的光伏性能40-41
• 3.4 本章小结41-43
• 第四章 双层结构CH_3NH_3PbI_3薄膜的制备及其光伏性能43-52
• 4.1 引言43
• 4.2 实验内容43-44
• 4.2.1 实验仪器与试剂43
• 4.2.2 导电玻璃的清洗43
• 4.2.3 PbI_2薄膜的制备43
• 4.2.4 CH_3NH_3PbI_3薄膜的制备43-44
• 4.2.5 钙钛矿太阳电池的组装44
• 4.2.6 测试方法44
• 4.3 结果与讨论44-50
• 4.3.1 不同处理时间薄膜的化学组成44-45
• 4.3.2 不同处理时间薄膜的晶相组成45-46
• 4.3.3 不同处理时间薄膜的表面形貌46-49
• 4.3.4 不同处理时间薄膜的紫外可见近红外吸收光谱49-50
• 4.3.5 钙钛矿太阳电池的光伏性能50
• 4.4 本章小结50-52
• 第五章 含纳米TiO_2骨架层的CH_3NH_3PbI_xCl_(3-x)吸收层的制备52-60
• 5.1 引言52
• 5.2 实验内容52-54
• 5.2.1 试剂与仪器52
• 5.2.2 含纳米TiO_2骨架层的CH_3NH_3PbI_xCl_(3-x)吸收层52-53
• 5.2.3 钙钛矿太阳电池的组装53
• 5.2.4 测试方法53-54
• 5.3 结果与讨论54-59
• 5.3.1 钙钛矿吸收层的化学组成54-56
• 5.3.2 钙钛矿吸收层的晶相组成56-57
• 5.3.3 钙钛矿吸收层的表面形貌57
• 5.3.4 钙钛矿太阳电池的光伏性能57-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-63
• 6.1 结论60-61
• 6.2 展望61-63
• 参考文献63-72
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况72-73

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