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《中国科学技术大学》 2017年
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功能有机小分子材料在新型薄膜太阳电池中的应用研究

王露  
【摘要】:高效、低成本的太阳电池是解决能源短缺问题的重要方法之一,染料敏化太阳电池(DSSCs)和钙钛矿太阳电池(PSCs)作为新型薄膜太阳电池受到各国研究者密切关注和深入研究。本文设计并引入双组份有机小分子共凝胶剂到DSSCs中,在保证准固态DSSCs稳定性的同时,有效地提高了器件的光伏性能。另外,在钙钛矿中分别引入一系列酰胺类有机小分子和吡啶有机小分子。其中,疏水基团和供电子基团可以分别对钙钛矿薄膜的抗湿性能和结晶动力学进行调控,有效地改善了 PSCs的光伏性能和抗湿稳定性。本文主要通过三方面开展:1.针对基于单组份凝胶剂的准固态DSSCs中光伏性能较差的问题,本文采用N,N-1,5-戊二基双十二烷酰胺和/N-叔丁氧羰酰胺基-3-吡啶共组装构成双组份共凝胶剂并应用在准固态DSSCs中。与单组份凝胶剂相比,双组份共凝胶网络的纤维尺寸更小,更有利于离子的传输。另外,含N原子的/N-叔丁氧羰酰胺基-3-吡啶可以和光阳极表面的氧空位结合,降低电解质/光阳极界面的电子复合。双组份共凝胶剂提高了器件的光伏性能,其光电转换效率(PCE)约6.74%,与单组份准固态DSSCs相比提高了约9%。另外,双组份共凝胶电解质的固-液相转变温度为106℃。在50℃、一个太阳光照下连续老化1000h后,基于双组份准固态DSSCs的PCE仍维持在初始值的90%以上,保证了器件的稳定性。2.针对PSCs对湿度敏感的问题,将具有双重功能性基团的酰胺类有机小分子应用到钙钛矿中。其中,双酰胺基团可通过氢键与钙钛矿晶体表面的两个I结合,从而缩小钙钛矿晶粒间距。同时,酰胺类有机小分子的烷基链具有疏水作用,可提高钙钛矿薄膜的抗湿稳定性。在避光、湿度约80%条件下放置168h后,无添加剂的PSCs的PCE降为原来的1%,而添加酰胺类有机小分子后的PSCs的PCE均保持在初始值的80%左右,这说明酰胺类有机小分子的引入可以明显提高PSCs的抗湿稳定性。3.为了提高PSCs的光伏性能和稳定性,在钙钛矿中引入一系列具有不同供电子能力和疏水性能的吡啶类有机小分子:吡啶、4-甲基吡啶和4-叔丁基吡啶。其中,具有供电子基团的有机小分子和PbI2形成路易斯酸碱配合物,调节钙钛矿结晶动力学过程,获得了致密均匀的钙钛矿薄膜,提高了钙钛矿晶体尺寸和光吸收能力、降低了钙钛矿薄膜的缺陷态密度,进而提高了 PSCs的光伏性能,且提高效果与供电子能力呈现正相关。此外,水接触角实验和PSCs湿度稳定性测试证明添加剂的疏水性能对CH3NH3PbI3薄膜的抗湿稳定性有积极作用。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM914.42

【参考文献】
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