鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料及疊合式器件結構的研究.pdf

1、碩士學位論文鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料及鈣鈦礦太陽能電池空穴傳輸材料及疊合式疊合式器件器件結構的研究結構的研究StudyofHoleTransptMaterialsLaminatedDeviceArchitectureofPerovskiteSolarCells作者姓名：侯凱莉學科、專業(yè)：物理化學學號：21407055指導教師：史彥濤教授完成日期：2017年5月大連理工大學DalianUniversityofTechnology大連理

2、工大學碩士學位論文I摘要近年來，采用具有鈣鈦礦晶型的有機無機雜化金屬鹵化物ABX3（A=CH3NH3、HC(NH2)2等，B=Pb2、Sn2等，X=I、Br、Cl）作為吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池（PerovskiteSolarCells，PSCs）取得了顯著的研究進展，引起了國際上的廣泛關注，在短短幾年的時間內(nèi)其光電轉換效率（PCE）已經(jīng)達到了22.1%。在PSCs中，空穴傳輸材料（HTMs）起到提取和傳輸光生空穴的作用，它是決定器件光

3、電性能的重要因素之一。目前來說，PSCs中廣泛使用的HTMs是22′77′四[NN二(4甲氧基苯基)氨基]99′螺二芴（SpiroOMeTAD），然而復雜的合成過程和高的生產(chǎn)成本嚴重限制了其商業(yè)化。此外，傳統(tǒng)結構的PSCs中背電極通常采用真空蒸鍍貴金屬的方式，這種方式成本高，能耗大，并且其光陽極和背電極是一個整體，不利于我們對陰極部分的結構和性能進行靈活的調(diào)控，同時一旦其中某一部分出現(xiàn)問題會導致整個器件的失效。本論文設計合成兩種易制備、

4、低成本的新型HTMs來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的SpiroOMeTAD，以保證PSCs既具有良好的光電性能，又可以降低成本實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化。此外，我們設計制備了一種新型疊合式結構的PSCs，其光陽極和背電極是單獨制備的，這不僅避免了背電極制備過程中的一些處理對光陽極的影響，有利于我們靈活的設計背電極的制備工藝，同時在器件應用時可以根據(jù)需要隨時更換合適的光陽極或背電極。在確定了器件結構的基礎上，進一步調(diào)控其界面以獲得更好的光電性能。首先，設計合成了兩種易制備

5、，低成本的甲氧基取代二苯呋喃衍生物類小分子HTMs，BF002和BF003。對兩種HTMs材料進行了系統(tǒng)研究，結果表明：BF002和BF003在可見光范圍內(nèi)幾乎沒有吸收，且都具有良好的熱穩(wěn)定性和導電性，其HOMO能級也可以很好的和鈣鈦礦能級相匹配，完全符合PSCs中HTMs的基本要求。將兩種材料應用于PSCs中，基于BF002和BF003的器件的PCE分別為14.2%和14.07%，與基于SpiroOMeTAD的器件性能基本相當，并且基

6、于BF002和BF003的器件均具有較好的重現(xiàn)性和更好的穩(wěn)定性。以上結果證明BF002和BF003用在PSCs這種光伏器件中是完全可行的，有助于降低器件成本。其次，設計了一種新型疊合式結構的PSCs，它突破了傳統(tǒng)電池結構。基于該結構，我們可以實現(xiàn)光陽極和背電極單獨制備，其中一個電極為FTOTiO2致密層TiO2多孔層鈣鈦礦層SpiroOMeTADPEDOT:PSS，另一個電極為PEDOT:PSSFTO，將兩個電極疊合在一起構成一個完整的