平面結(jié)構(gòu)有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦光伏電池界面層優(yōu)化

【摘要】：有機(jī)無機(jī)鹵化物鈣鈦礦材料因其具有良好的光學(xué)和電學(xué)性質(zhì)、可用低溫溶液法加工和具有一定柔性,曾經(jīng)被作為發(fā)光二極管材料和場效應(yīng)晶體管材料得到一些研究。自從2009年鈣鈦礦電池出現(xiàn),經(jīng)過幾年的發(fā)展,能量轉(zhuǎn)化效率(PCE)已經(jīng)達(dá)到22%。為了開發(fā)更簡單的制備工藝,獲得更加穩(wěn)定的電池,本論文主要開展以下兩方面的研究工作。1.TiO2/Mo O3摻雜PEDOT:PSS空穴傳輸層的作用研究把TiO2/Mo O3核殼結(jié)構(gòu)納米粒子,摻雜到PEDOT:PSS中作為鈣鈦礦電池的空穴傳輸層,制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS:TiO2/Mo O3(40nm)/CH3NH3PbI3-x Clx(400nm)/C60(40nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的光伏器件,相對于以純PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的器件,電池的平均PCE從8.98%提高到11.75%,提高了31%,最好器件的PCE可達(dá)13.63%。更重要的是,器件的穩(wěn)定性得到大幅提高,在空氣中存儲400小時后仍保持原有效率的92%,而參照器件已經(jīng)完全失效。器件性能的改進(jìn)主要歸因于核殼結(jié)構(gòu)納米粒子可以作為鈣鈦礦層退火結(jié)晶過程的晶核促進(jìn)鈣鈦礦結(jié)晶,獲得更加致密的鈣鈦礦薄膜,同時TiO2/Mo O3的摻雜降低了PEDOT:PSS的吸濕性。2.F_(16)CuPc作為載流子傳輸層對鈣鈦礦性能的影響研究以F_(16)CuPc作為電子傳輸層,制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS(40nm)/CH3NH3PbI3(400nm)/F_(16)CuPc(40nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的光伏器件,其PCE可達(dá)12.63%,與以富勒烯衍生物作為電子傳輸層的器件相當(dāng)。在此基礎(chǔ)上,采用F_(16)CuPc/PEDOT:PSS空穴傳輸層,器件性能進(jìn)一步提高,最高PCE達(dá)到13.47%。研究結(jié)果表明F_(16)CuPc無論作為空穴傳輸層還是電子傳輸層都表現(xiàn)出優(yōu)良的作用,相關(guān)機(jī)理還有待進(jìn)一步研究。 【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦電池 納米粒子 界面層 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM914.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 太陽能光伏技術(shù)的研究背景及意義11-15
• 1.1.1 太陽能光伏技術(shù)的必然性11-13
• 1.1.2 太陽能光伏技術(shù)的可能性13-15
• 1.2 太陽能光伏技術(shù)的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3 鈣鈦礦光伏電池的發(fā)展?fàn)顩r簡介18-23
• 1.4 本論文的主要工作23-25
• 第二章 基礎(chǔ)知識25-61
• 2.1 光伏電池基本知識25-38
• 2.1.1 光電效應(yīng)25-26
• 2.1.2 光伏效應(yīng)26-29
• 2.1.3 光伏電池參數(shù)解析29-32
• 2.1.4 實際電池等效電路及參數(shù)32-36
• 2.1.5 光伏電池效率極限36-38
• 2.2 鈣鈦礦材料介紹38-49
• 2.2.1 鈣鈦礦材料基礎(chǔ)38-41
• 2.2.2 鈣鈦礦材料的維度變化41-42
• 2.2.3 鈣鈦礦材料的相變42-43
• 2.2.4 鈣鈦礦材料電荷輸運(yùn)性能43-44
• 2.2.5 鈣鈦礦材料光學(xué)性能44-49
• 2.3 鈣鈦礦電池的結(jié)構(gòu)和制備方法49-53
• 2.4 鈣鈦礦電池基本原理53-57
• 2.5 鈣鈦礦薄膜形成的化學(xué)過程57-59
• 2.6 鈣鈦礦光伏器件的遲滯效應(yīng)59-61
• 第三章 摻雜納米粒子空穴取出層提高鈣鈦礦電池性能的研究61-83
• 3.1 本章引言61-62
• 3.2 實驗方法62-64
• 3.2.1 空穴傳輸材料準(zhǔn)備62-63
• 3.2.2 器件制作63
• 3.2.3 表征儀器63-64
• 3.3 實驗結(jié)果和討論64-82
• 3.3.1 器件結(jié)構(gòu)表征64-68
• 3.3.2 器件性能表征68-71
• 3.3.3 實驗結(jié)果討論71-82
• 3.4 總結(jié)82-83
• 第四章 F_(16)CuPc界面層在鈣鈦礦電池中的應(yīng)用83-99
• 4.1 本章前言83-84
• 4.2 實驗部分84-85
• 4.2.1 材料和器件制備84-85
• 4.2.2 測試方法85
• 4.3 結(jié)果和討論85-98
• 4.4 結(jié)論98-99
• 第五章 結(jié)論與展望99-101
• 參考文獻(xiàn)101-115
• 在學(xué)期間學(xué)術(shù)成果情況115-117
• 指導(dǎo)教師及作者簡介117-119
• 致謝119

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