異質(zhì)結(jié)型鈣鈦礦太陽能電池的研究.pdf

1、有機(jī)—無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池是太陽能電池研究領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，效率已經(jīng)超過20％，接近晶體硅電池的光電轉(zhuǎn)化效率，而且原料成本低廉、制備工藝簡單，顯示出廣闊的應(yīng)用前景?，F(xiàn)階段鈣鈦礦太陽能電池還處于研究階段，對于太陽能電池鈣鈦礦材料的研究主要有甲胺鉛碘(MAPbI3)和甲脒鉛碘(FAPbI3)等，對于鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等很多方面有待進(jìn)一步深入研究。
　　本論文針對上述問題，深入研究了鈣鈦礦材料前驅(qū)體、溶劑體系、和電子

2、傳輸層等方面對鈣鈦礦太陽能電池效率的影響規(guī)律。具體內(nèi)容如下:
　　(1)FAPbI3雖然在光譜吸收和熱穩(wěn)定性方面具有較為明顯的優(yōu)勢，但其苛刻的合成條件一直是限制其發(fā)展的因素之一，本論文在前驅(qū)體控制方面做了初步嘗試，首先合成羥碘鉛(Pb(OH)I)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氯化鉛(PbCl2)和碘化鉛(PbI2)。采用一步溶液法合成FAPbI3。在低溫下(150℃)FAPbI3容易形成空間群為P63mc的黃色晶體，加熱到160℃時，可以得到鈣鈦礦晶

3、型的FAPbI3薄膜。鈣鈦礦FAPbI3的晶體空間群為P3ml，實(shí)驗(yàn)測得FAPbI3的帶隙寬度為1.475eV，吸收限可達(dá)到820 nm。然而，由于FAPbI3鈣鈦礦薄膜的覆蓋率較低，低于90％，所以導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)僅為6.1％。
　　(2)改善鈣鈦礦薄膜的均勻性是提高器件PCE的主要途徑，文獻(xiàn)中通常采用在前驅(qū)體溶液中加入固體添加劑的手段實(shí)現(xiàn)，如CH3NH3Cl、NH4Cl等。我們發(fā)現(xiàn)基于MAPbI3，在DMF溶劑中加入

4、適量的DMSO，同樣可達(dá)到改善形貌的目的，隨著DMSO的量的增多，薄膜的均勻性逐漸提高，但當(dāng)DMSO的摩爾量超過前驅(qū)體溶液中Pb的量時，形貌再次變差，覆蓋率變低。最優(yōu)化的比例關(guān)系是MAI∶PbI2∶DMSO=1∶1∶1（摩爾比），其原因是DMSO與DMF的共配位作用有利于降低中間相的結(jié)晶性，從而提高鈣鈦礦薄膜的平整性。我們采用混合溶劑的工藝制作了MAPbI3薄膜的介孔鈣鈦礦太陽能電池，效率達(dá)到了11.2％。
　　(3)我們進(jìn)一步采