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钙钛矿太阳能电池和聚合物太阳能电池的工艺探索与性能研究

蒋紫曜  
【摘要】:随着社会经济的发展,未来世界能源需求量迅速增加,太阳能作为一种储量丰富的可持续洁净能源,高效利用太阳能是解决能源危机和环境问题的重要方法。太阳能电池是利用太阳能的一种有效技术。有机聚合物太阳能电池目前最高效率超过了10%,初步呈现产业化曙光,基于溶液法制备电池技术,具有低成本、易大面积生产和可制备柔性电池器件等优势。新型钙钛矿电池是新一代太阳能电池的研究热点,短短四年时间电池效率已经突破20%,可通过溶液法和蒸发沉积等工艺实现高效率电池,是一种十分有潜力的新型太阳能电池。本论文以提高电池效率和稳定性为出发点,优化了聚合物太阳能电池和钙钛矿太阳能电池制备工艺,研究了电池电极以及传输层材料,探索出高效率易重复性的钙钛矿太阳能电池制备方法,并重点研究了银铝合金电极对钙钛矿电池稳定性的影响。(1)摸索了聚合物太阳能电池与钙钛矿太阳能电池相关制备工艺,探索出一步法制备钙钛矿太阳能电池工艺。(2)采用磁控溅射法研制出GZO/Ag/GZO夹层结构透明导电薄膜,较于ITO导电薄膜具有更佳的导电性与耐热性,在PTB7-TH:PC70BM体系电池获得8.65%效率;提出一种溶液法制备NiO工艺方法,在低温退火条件下,NiO作为空穴传输层电池效率接近PEDOT:PSS缓冲层电池效率。(3)银铝合金取代Ag和A1作为钙钛矿太阳能电池电极,相比Ag和A1电极电池,发现银铝合金电极电池的开路电压表现出优异稳定性。这是因为AgAl合金很好克服了纯银电极中银原子易迁移和渗透性弱点,以及铝电极易腐蚀性的缺点,并且AgAl薄膜在沉积和电池退化过程中形成致密氧化铝覆盖层,能很好的提高AgAl与PCBM界面接触特性,并抑制外界水汽入侵。另外,采用国际标准化组织制定用于有机太阳能电池稳定性测试标准(ISOS-D-3和ISOS-L-3),我们首次用于钙钛矿太阳能电池稳定性测试,以提高钙钛矿太阳能电池稳定性方面的可比性。


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