有机-无机杂化钙钛矿材料的制备及在光伏电池和光检测器中的应用

【摘要】：随着能源问题的日渐突出,太阳能的开发与利用备受重视。近几年,钙钛矿太阳能电池掀起了光伏领域的研究热潮。钙钛矿作为直接半导体材料,在太阳能电池中既可作为光吸收层,又具备传输电子和空穴的能力,其物理和化学性质引起了人们的广泛关注。本论文选择了有机-无机杂化钙钛矿中的CH3NH3Pb I3作为研究对象,开展了材料合成条件的优化,并探索了器件结构对性能的影响。主要进行了以下几方面的研究:1.合成了CH3NH3PbI3钙钛矿单晶材料,并制得了基于钙钛矿的太阳能电池。利用UV-Vis、XRD、SEM等技术对所得单晶的结构进行了表征。研究表明该材料属于四面体晶型的单晶纳米片以及纳米线结构,具备有400 nm-790 nm的宽光谱吸收。将该材料应用于太阳能电池的功能器件制备,得到了10%左右的能量转化效率。2.研究了钙钛矿生长过程中反应时长与反应温度的影响。通过对比连续反应与间断反应中不同反应时长以及不同反应温度下材料的生长状况,优化器件工艺,获得膜层制备可控、器件效率较高的钙钛矿太阳能电池。3.将WS2-P3HT复合纳米材料用作一种新型的空穴传输材料(HTM),制备了新型的钙钛矿太阳能电池。通过将聚-3-己基噻吩(P3HT)分散于WS2的氯仿溶液,合成了WS2-P3HT有机-无机复合纳米材料。将此复合材料用于钙钛矿太阳能电池器件中HTM修饰,取得了增强的光电转换效率。4.制备了基于二氧化钛的钙钛矿光检测器,研究了二氧化钛形貌对检测器性能的影响。合成了具有不同形貌的二氧化钛,包括紧密型(c-TiO2)、介孔型(m-TiO2)以及混合型(c-TiO2/m-TiO2)二氧化钛等。在此基础上采用室温连续沉积的方法制备了CH3NH3PbI3薄膜,获得了基于perovskite/TiO2材料的光检测器。探索了二氧化钛类型对钙钛矿光检测影响,证明了介孔型二氧化钛能更有利于钙钛矿光检测器性能提升。 【关键词】：钙钛矿 太阳能电池 空穴传输材料 光检测器
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TM914.4
【目录】：

• 中文摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-25
• 1.1 太阳能电池的发展8-10
• 1.2 钙钛矿型（perovskite）太阳能电池10-19
• 1.2.1 有机-无机杂化钙钛矿材料的基本性质10-11
• 1.2.2 钙钛矿型（perovskite）太阳能电池的发展11-12
• 1.2.3 钙钛矿型（perovskite）太阳能电池的工作原理和电池结构12-15
• 1.2.4 钙钛矿型（perovskite）太阳能电池空穴传输材料的应用15-18
• 1.2.5 钙钛矿型（perovskite）太阳能电池的展望18-19
• 1.3 钙钛矿（perovskite）材料在光电子技术领域的其它发展应用19-24
• 1.4 本文选题思路24-25
• 第二章 钙钛矿太阳能电池的制备及性能优化25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 实验过程25-29
• 2.2.1 实验材料25-26
• 2.2.2 实验设备及表征仪器26-27
• 2.2.3 材料的制备27
• 2.2.4 钙钛矿太阳能电池器件的制备27-29
• 2.3 结果与讨论29-40
• 2.3.1 钙钛矿材料表征与分析29-34
• 2.3.2 钙钛矿太阳能电池的性能研究34
• 2.3.3 反应时长对钙钛矿太阳能电池的性能影响34-35
• 2.3.4 反应温度对钙钛矿太阳能电池的性能影响35-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 有机-无机复合纳米材料在钙钛矿太阳能电池中的应用探索41-52
• 3.1 引言41-42
• 3.2 实验过程42-44
• 3.2.1 实验材料42-43
• 3.2.2 实验设备及表征仪器43
• 3.2.3 不同空穴传输材料的制备43-44
• 3.2.4 基于有机-无机复合纳米材料WS2-P3HT的钙钛矿太阳能电池器件的制备44
• 3.3 结果与讨论44-50
• 3.3.1 有机-无机复合纳米材料WS2-P3HT的基本表征与分析44-48
• 3.3.2 WS2-P3HT作为电池空穴传输层性能研究48-50
• 3.4 本章小结50-52
• 第四章 基于钙钛矿材料的光检测器的研究52-60
• 4.1 引言52-53
• 4.2 实验过程53-55
• 4.2.1 实验材料53
• 4.2.2 实验设备及表征仪器53-54
• 4.2.3 钙钛矿光检测器的制备54-55
• 4.3 结果与讨论55-59
• 4.3.1 钙钛矿光检测器性质研究55-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 结论与展望60-63
• 5.1 主要结论60-61
• 5.2 研究展望61-63
• 参考文献63-77
• 在学期间的研究成果77-78
• 致谢78

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