基于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料的太陽(yáng)能電池研究

【摘要】：基于CH3NH3Pb I3的有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池異軍突起,在短短5年內(nèi),電池效率從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電池效率使得有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池備受矚目。目前,關(guān)于有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的研究主要集中在提高電池的能量轉(zhuǎn)化效率,而對(duì)鈣鈦礦電池穩(wěn)定性的研究卻很少,但是穩(wěn)定性卻是鈣鈦礦電池走向?qū)嶋H應(yīng)用最關(guān)鍵的問(wèn)題。本論文在嘗試不同方法制備高性能的鈣鈦礦電池的基礎(chǔ)上,研究潮濕環(huán)境和光照下鈣鈦礦電池性能衰減的本質(zhì)原因,然后嘗試通過(guò)不同的界面后處理方法解決鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性問(wèn)題。首先,本論文通過(guò)不同的鈣鈦礦沉積方法制備了FTO/Ti O2/CH3NH3Pb I3/HTM/Ag平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池,其最高效率達(dá)到了15.8%。在此基礎(chǔ)上,研究了氧化鋅致密層對(duì)電池性能的影響。利用原子層沉積(ALD)技術(shù)低溫制備Zn O致密層取代高溫?zé)Y(jié)的溶膠凝膠法Ti O2致密層。研究表明:將Pb I2和CH3NH3I的DMF混合溶液一步法獲得的鈣鈦礦層用于FTO/Zn O/CH3NH3Pb I3/HTM/Ag電池,電池效率高達(dá)13.1%,這與基于Ti O2致密層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率相近。但同時(shí)發(fā)現(xiàn),當(dāng)使用含Cl的鈣鈦礦先驅(qū)溶液一步法制備鈣鈦礦層時(shí),雖然ALD-Zn O可以在室溫下促進(jìn)鈣鈦礦快速結(jié)晶,但電池效率較低。其次,研究了鈣鈦礦電池的濕度穩(wěn)定性。通過(guò)第一性原理計(jì)算解釋了有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料遇水分解的內(nèi)在機(jī)理,并發(fā)現(xiàn)有機(jī)/無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦結(jié)構(gòu)在潮濕的環(huán)境下不可避免地會(huì)發(fā)生分解。然后通過(guò)ALD方法在HTM層上沉積超薄Al2O3層來(lái)阻止水(H2O)的滲透,并實(shí)現(xiàn)了超薄ALD-Al2O3界面處理后的電池在空氣中放置24天后,其效率仍能維持在初始效率的90%左右。最后,研究了鈣鈦礦電池的光照穩(wěn)定性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了氮?dú)獗Ｗo(hù)下的鈣鈦礦材料光照分解的原因,發(fā)現(xiàn)Ti O2致密層上吸附的水氧和Ti O2具有的光催化作用是光照下封裝的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池性能衰減的最主要原因。然后通過(guò)單分子層HOOC-R-NH3+Cl–界面后修飾方法有效提高了電池光照穩(wěn)定性。以上研究表明,ALD技術(shù)可以應(yīng)用在鈣鈦礦電池的致密層制備中,同時(shí)通過(guò)界面后處理的方法可以大幅度提高鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性。這些研究將為鈣鈦礦電池的商業(yè)化發(fā)展提供一定的借鑒和參考。 【關(guān)鍵詞】：鈣鈦礦太陽(yáng)能電池 ALD 界面修飾 光電性能 穩(wěn)定性
【學(xué)位授予單位】：常州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TM914.4

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