鈣鈦礦太陽能電池光吸收層薄膜的制備與氮化鎵納米線陣列的合成

【摘要】：能源危機始終是全人類必須面對的一個大問題,特別是煤炭、石油等傳統(tǒng)能源的持續(xù)使用會產(chǎn)生巨大的碳排放,危害全球氣候與人居環(huán)境,所以清潔能源的開發(fā)和利用在當(dāng)前變得尤為重要。太陽能是地球上大多數(shù)能源的起源,而太陽能電池能夠?qū)崿F(xiàn)太陽能到電能的直接轉(zhuǎn)化,是絕佳的清潔能源技術(shù)。其中鈣鈦礦太陽能電池的能量轉(zhuǎn)換效率在近幾年得到迅速的提高,吸引了研究人員極大的關(guān)注。在此背景下,本文采用液相旋涂法制備了平面型鈣鈦礦太陽能電池的光吸收層薄膜,系統(tǒng)地探究了旋涂工藝、退火條件、不同襯底、前驅(qū)體溶液組分等對鈣鈦礦薄膜覆蓋率及光吸收系數(shù)的影響,最后得到了高覆蓋率的CH3NH3Pb I3和CH3NH3PbI3-xClx薄膜,且二者都能在Ti O2上產(chǎn)生熒光淬滅現(xiàn)象,為制作鈣鈦礦太陽能電池奠定了基礎(chǔ)。其中,一步法旋涂工藝得到的薄膜經(jīng)過氯苯處理,可實現(xiàn)CH3NH3PbI3的快速形核,晶粒大小均勻、薄膜表面平滑。兩步法的旋涂工藝預(yù)先旋涂得到Pb I2薄膜,經(jīng)過轉(zhuǎn)化也可得到晶粒大小均勻的CH3NH3PbI3薄膜,而轉(zhuǎn)化過程中引入DMF蒸汽可使晶粒進(jìn)一步長大。CH3NH3PbI3-xClx薄膜在不同的襯底及不同的退火條件下表現(xiàn)出不同的形貌,具有一定表面粗糙度的襯底利于薄膜的覆蓋,相對低的退火溫度利于形成光滑的薄膜。一維納米半導(dǎo)體材料具有許多優(yōu)越的性能,在制作太陽能電池及高性能電子器件中都有重要的應(yīng)用。GaN材料以其獨有的寬帶隙、高的擊穿電場、高的熱導(dǎo)率、以及高的電子飽和速率,成為第三代半導(dǎo)體材料的代表。本文采用簡單的化學(xué)氣相沉積的方法制備了GaN納米線,經(jīng)過XRD和TEM表征分析,發(fā)現(xiàn)我們生長的GaN納米線為六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)的單晶,納米線沿著[0001]方向擇優(yōu)生長。通過SEM發(fā)現(xiàn)了不同金屬催化生長的GaN納米線形貌的差異,并研究了具有特殊形貌的GaN納米線的生長機理。此外,通過控制反應(yīng)氣體流量調(diào)控氣氛中Ga和N的比例及控制金屬催化劑的厚度等措施增加形核點數(shù)目,實現(xiàn)了GaN納米線陣列的生長。 【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦 覆蓋率 納米線
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TB383.2;TM914.4
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-21
• 1.1 研究背景及意義8-9
• 1.2 太陽能電池9-11
• 1.2.1 太陽光譜9-11
• 1.2.2 太陽能電池的工作原理11
• 1.3 太陽能電池的分類11-15
• 1.3.1 硅太陽能電池12-13
• 1.3.2 化合物半導(dǎo)體太陽能電池13-14
• 1.3.3 有機聚合物太陽電池14
• 1.3.4 染料敏化太陽能電池14-15
• 1.4 鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展歷程及存在的問題15-20
• 1.4.1 敏化鈣鈦礦太陽能電池15-16
• 1.4.2 敏化鈣鈦礦太陽能電池中的支撐層材料16-17
• 1.4.3 平面異質(zhì)節(jié)結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池17
• 1.4.4 反型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池17-18
• 1.4.5 鈣鈦礦中載流子的傳輸特性18
• 1.4.6 鈣鈦礦太陽能電池的穩(wěn)定性18-19
• 1.4.7 鈣鈦礦太陽能電池的遲滯效應(yīng)19-20
• 1.5 本文主要的研究內(nèi)容20-21
• 第二章 有機金屬鹵化物鈣鈦礦CH_3NH_3PbI_3薄膜的制備21-32
• 2.1 鈣鈦礦材料21-24
• 2.2 一步法旋涂制備MAPbI_3薄膜24-28
• 2.2.1 碘化甲銨的制備24
• 2.2.2 TiO_2致密層的制備24-25
• 2.2.3 MAPbI_3薄膜的制備25-28
• 2.3 兩步法旋涂制備MAPbI_3薄膜28-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的制備32-42
• 3.1 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜中Cl的作用32-33
• 3.2 實驗過程33
• 3.3 前驅(qū)體溶液濃度的影響33-35
• 3.4 襯底對形貌的影響35-39
• 3.4.1 TiO_2和PEDOT:PSS的修飾作用36-37
• 3.4.2 TiO_2厚度的影響37-39
• 3.5 退火溫度及時間的影響39-41
• 3.6 本章小結(jié)41-42
• 第四章 CVD方法生長GaN納米線陣列42-54
• 4.1 GaN材料的發(fā)展歷程42-43
• 4.2 GaN材料的特性43-44
• 4.2.1 物理性質(zhì)43-44
• 4.2.2 化學(xué)性質(zhì)44
• 4.2.3 電學(xué)性質(zhì)44
• 4.3 GaN納米線的研究現(xiàn)狀44-46
• 4.3.1 化學(xué)氣相沉積44-45
• 4.3.2 激光燒蝕法45
• 4.3.3 有機金屬化學(xué)氣相沉積45-46
• 4.4 CVD合成GaN納米線46-52
• 4.4.1 CVD實驗設(shè)備46
• 4.4.2 實驗過程46-47
• 4.4.3 催化劑的選擇47-50
• 4.4.4 特殊形貌的GaN納米線50-51
• 4.4.5 GaN納米線陣列的制備51-52
• 4.5 本章小結(jié)52-54
• 第五章 全文總結(jié)54-56
• 參考文獻(xiàn)56-61
• 致謝61

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