钙钛矿太阳能电池背电极和阻挡层的制备及性能研究

【摘要】：作为一种新型的太阳能电池,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)在近几年获得了广泛的关注,并取得了飞速的发展。背电极和阻挡层作为钙钛矿电池的两个重要组成部分,对电池的整体性能有很大的影响。一般蒸镀Au或Ag作为钙钛矿太阳能电池的背电极,但是Au和Ag价格昂贵,不适合大规模生产；寻找合适的材料取代Au和Ag作电极,既可以降低电池的成本,也将更利于钙钛矿太阳能电池的实际应用。阻挡层即电子收集层,最常用的材料是TiO2纳米晶。对各种配置的高效钙钛矿电池来说,需要阻挡层来防止钙钛矿或空穴传输层(HTM)中形成的空穴与FTO电极直接接触；因此阻挡层的存在可以大大降低电子-空穴复合的机率。理想的阻挡层应该厚度适当,并且连续致密。本论文主要从提升电池的效率出发,对电池的背电极和阻挡层进行了相关研究。具体内容如下：(1)分别蒸镀Ag和Ag-Al作为混合卤化物钙钛矿太阳能电池的背电极,对沉积在空穴传输层上的Ag-Al和Ag薄膜的性质及其对电池性能的影响进行了相关研究。结果发现：与Ag膜相比,Ag-Al合金膜具有较高的光学反射率且与空穴传输层之间有良好的连结性；此外,结果表明基于Ag-Al合金的钙钛矿太阳能电池的填充因子为59.6%,开路电压为0.88 V,短路电流密度达到21.11 mA/cm2,效率为11.07%；与Ag电极相比,效率有了37.3%的提高。除此之外,本文还讨论了效率增强的机理。这些结果表明,对高效钙钛矿型太阳能电池而言,Ag-Al是一种很有发展前景的背电极材料。(2)通过四种不同的方法制备二氧化钛阻挡层并研究了阻挡层薄膜的形貌特点及其对钙钛矿太阳能电池性能的影响。分别采用异丙醇钛和HCl的溶胶-凝胶法、旋涂双(乙酰丙酮)二异丙基钛酸酯(AA有机钛酸盐)、丝网印刷Dyesol浆料和通过TiCl4水解的化学浴沉积法制备二氧化钛阻挡层,并通过SEM和XRD来表征Ti02薄膜的形貌和微观结构。电池的性能测试表明,Ti02阻挡层薄膜的表面形貌对电池的效率起着关键性的作用。以上四种方法中通过化学浴沉积法得到的纳米二氧化钛薄膜是最有效的空穴阻挡层,使钙钛矿太阳能电池达到最佳的性能。这种方法制备的电池串联电阻最小,并联电阻最大,效率达到最大值为12.80%。 【关键词】：混合卤化物钙钛矿 太阳能电池 背电极 阻挡层
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 引言11-12
• 1.2 太阳能电池基本理论12-15
• 1.2.1 光伏效应12-13
• 1.2.2 电池的等效电路13-14
• 1.2.3 电流密度-电压特性曲线14-15
• 1.3 钙钛矿太阳能电池(PSCs)15-21
• 1.3.1 研究进展15-17
• 1.3.2 钙钛矿的结构和性质17-19
• 1.3.3 PSCs的基本结构和工作原理19-20
• 1.3.4 PSCs的研究现状和存在问题20-21
• 1.4 本论文的研究内容21-22
• 第二章 实验方法22-26
• 2.1 实验试剂和设备22-23
• 2.1.1 实验试剂22-23
• 2.1.2 实验设备23
• 2.2 测试方法23-26
• 2.2.1 厚度测量23
• 2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)23
• 2.2.3 透射电子显微镜(TEM)23-24
• 2.2.4 X射线衍射谱(XRD)24
• 2.2.5 紫外-可见分光光度计24
• 2.2.6 太阳能电池电流电压特性曲线24
• 2.2.7 IPCE测试24-25
• 2.2.8 电化学阻抗谱测试25-26
• 第三章 钙钛矿太阳能电池背电极的制备及性能研究26-44
• 3.1 引言26-27
• 3.2 实验部分27-28
• 3.3 金属背电极薄膜的表征28-32
• 3.3.1 扫描电镜(SEM)表征28-31
• 3.3.2 反射谱测试31-32
• 3.4 PSCs的光电性能测试32-42
• 3.4.1 PSCs器件的微观结构表征32-37
• 3.4.2 多孔层对电池性能的影响37-39
• 3.4.3 Ag和Ag-Al电极对电池性能的影响39-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 钙钛矿太阳能电池TiO_2阻挡层的制备及性能研究44-55
• 4.1 引言44-45
• 4.2 实验部分45-46
• 4.2.1 TiO_2阻挡层的制备45
• 4.2.2 含氯钙钛矿太阳能电池的制备45-46
• 4.3 TiO_2阻挡层的性质表征46-50
• 4.3.1 X射线衍射(XRD)表征46-47
• 4.3.2 扫描电镜表征47-49
• 4.3.3 TiO_2薄膜透光率分析49-50
• 4.4 PSCs的光电性能测试50-54
• 4.4.1 不同阻挡层对电池光伏性能的影响50-53
• 4.4.2 电池的阻抗分析53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 论文总结55-56
• 参考文献56-66
• 攻读硕士期间发表论文66-67
• 致谢67

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