基于有机/无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池研究

【摘要】：基于CH3NH3Pb I3的有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池异军突起,在短短5年内,电池效率从2009年的3.8%提高到2012年的9.7%,再到如今的19.3%。如此迅速的效率提高和如此高的电池效率使得有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池备受瞩目。目前,关于有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在提高电池的能量转化效率,而对钙钛矿电池稳定性的研究却很少,但是稳定性却是钙钛矿电池走向实际应用最关键的问题。本论文在尝试不同方法制备高性能的钙钛矿电池的基础上,研究潮湿环境和光照下钙钛矿电池性能衰减的本质原因,然后尝试通过不同的界面后处理方法解决钙钛矿电池的稳定性问题。首先,本论文通过不同的钙钛矿沉积方法制备了FTO/Ti O2/CH3NH3Pb I3/HTM/Ag平面结构钙钛矿电池,其最高效率达到了15.8%。在此基础上,研究了氧化锌致密层对电池性能的影响。利用原子层沉积(ALD)技术低温制备Zn O致密层取代高温烧结的溶胶凝胶法Ti O2致密层。研究表明:将Pb I2和CH3NH3I的DMF混合溶液一步法获得的钙钛矿层用于FTO/Zn O/CH3NH3Pb I3/HTM/Ag电池,电池效率高达13.1%,这与基于Ti O2致密层的钙钛矿太阳能电池效率相近。但同时发现,当使用含Cl的钙钛矿先驱溶液一步法制备钙钛矿层时,虽然ALD-Zn O可以在室温下促进钙钛矿快速结晶,但电池效率较低。其次,研究了钙钛矿电池的湿度稳定性。通过第一性原理计算解释了有机/无机杂化钙钛矿材料遇水分解的内在机理,并发现有机/无机杂化钙钛矿结构在潮湿的环境下不可避免地会发生分解。然后通过ALD方法在HTM层上沉积超薄Al2O3层来阻止水(H2O)的渗透,并实现了超薄ALD-Al2O3界面处理后的电池在空气中放置24天后,其效率仍能维持在初始效率的90%左右。最后,研究了钙钛矿电池的光照稳定性。通过实验探究了氮气保护下的钙钛矿材料光照分解的原因,发现Ti O2致密层上吸附的水氧和Ti O2具有的光催化作用是光照下封装的钙钛矿太阳能电池性能衰减的最主要原因。然后通过单分子层HOOC-R-NH3+Cl–界面后修饰方法有效提高了电池光照稳定性。以上研究表明,ALD技术可以应用在钙钛矿电池的致密层制备中,同时通过界面后处理的方法可以大幅度提高钙钛矿电池的稳定性。这些研究将为钙钛矿电池的商业化发展提供一定的借鉴和参考。 【关键词】：钙钛矿太阳能电池 ALD 界面修饰 光电性能 稳定性
【学位授予单位】：常州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM914.4

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容