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《大连理工大学》 2018年
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含空穴添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备及其光电性能研究

王立坤  
【摘要】:有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)被认为是硅基太阳能电池最有前途的竞争对手,因为它们优异的光电特性,如宽吸收光谱,高电荷迁移率和长载流子扩散长度等。与此同时,PSCs仍存在一些问题,如不能利用近红外光、能耗高、空穴传输材料价格昂贵、使用重金属铅元素、稳定性差、大面积制备困难等。因此,我们围绕提高钙钛矿电池的效率和降低成本两个方面进行了一系列研究,主要内容是在钙钛矿吸光层中引入空穴添加剂形成本体异质结来提高器件效率,以及在二维过渡金属碳化物Ti_3C_2中加入碳粉添加剂来形成复合背电极,制备适用于钙钛矿电池的低成本电极,并对其作用机理进行了研究,主要内容如下:(1)在钙钛矿前驱液中加入Spiro-OMeTAD添加剂,研究了添加剂用量对器件性能的影响,发现当加入极少量的添加剂(0.01 wt%)时,可以将传统的碘三型多孔结构钙钛矿器件效率提升约15%,其机理为添加剂在钙钛矿中形成本体异质结,并在多孔层TiO_2附近形成接力效应,可以快速提取光生空穴,降低光生载流子的复合,从而提高器件性能;然而当增大添加剂的用量(0.03-0.1 wt%)时,钙钛矿结晶性变差,载流子复合严重,器件效率开始降低。同时,我们还分别研究了空穴添加剂(Spiro-OMeTAD)在不同成分、不同结构器件中的作用结果,发现在碘三型(多孔、平面结构)钙钛矿电池中,少量的空穴添加剂可以提高电池性能,因为碘三型钙钛矿中载流子扩散距离只有100 nm左右,空穴不能顺畅地从多孔层TiO_2中经过350 nm的钙钛矿膜厚传输至空穴提取层,此时接力效应充分发挥作用;然而,在混合卤素型平面结构钙钛矿电池中,其载流子扩散长度长达1μm,空穴本身不需要空穴添加剂的接力效应就可以从钙钛矿层的底部传输到空穴传输层,但此时由于添加剂引起的钙钛矿晶体损伤会使器件性能下降。(2)在二维过渡金属碳化物Ti_3C_2中添加碳粉添加剂形成复合背电极。实验的方法为用酸蚀插层法将Ti_3AlC_2制备成二维过渡金属碳化物Ti_3C_2。如采用少层Ti_3C_2直接制备钙钛矿电池的背电极,电池效率并不高,其原因是电极的整体导电性较低,同时Ti_3C_2片层之间以及Ti_3C_2电极和钙钛矿层之间连接不紧密,造成电子-空穴在Ti_3C_2片层之间以及Ti_3C_2和钙钛矿界面之间复合严重。当加入碳粉添加剂时,Ti_3C_2和碳粉之间互相穿插连接,同时,碳粉中的粘结剂增强了Ti_3C_2/C复合电极的粘结性,既可以将Ti_3C_2和碳粉粘结在一起,又可以将复合电极和钙钛矿层粘结在一起,减小了复合电极内部的电阻和电极与钙钛矿层之间的界面电阻,从而将器件效率由0.99%提高至11.88%。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM914.4

【参考文献】
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