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适用于钙钛矿太阳能电池光阳极的制备及其器件研究

汪雷  
【摘要】:随着经济发展与社会进步,人类对能源的需求在不断增长。由于传统的能源的储量是有限的,同时使用传统能源会对环境造成极大的污染,因此需要发展新能源。太阳能取之无尽用之不绝、且使用时不会对环境造成污染,因而成为了新能源开发的重点。钙钛矿太阳能电池自2009年被首次报导以来,其光电转换效率由最初的3.8%飙升到现在的20.1%,这么显著的提升仅花费5年的时间。因其较高的光电转化效率、简单的制备工艺以及较低的制备成本,已然成为当今太阳能电池最热门的研究领域。 本论文重点研究了适用于钙钛矿太阳能电池的光阳极制备,并将制备的光阳极组装成电池器件,对其形貌进行了表征。具体研究内容如下: 1.通过化学水浴法以及水热法在FTO导电玻璃基底上生长了TiO2纳米结构薄膜。在合成过程中,通过改变钛源(TiCl3)和盐酸(HCl)的比例,得到了不同形貌的TiO2纳米结构薄膜。在最优化的反应条件下,我们在FTO导电基底上制备了分布均匀的TiO2纳米棒阵列。通过XRD图片分析得出TiO2纳米棒阵列是沿着(101)生长的锐钛矿与金红石混合相的钛矿与金红石混合相。通过SEM图片得出TiO2纳米棒阵列分布均匀,棒的直径约20nm,棒的高度约500nm。 2.通过水热法在FTO导电玻璃基底上生长了ZnO纳米结构薄膜。通过在合成的过程中选择不同的锌源(Zn(NO3)2.6H20)以及(CO(NH2)2)的配比实现在ZnO形貌调控。采用飞利浦的X-Perf Pro粉末X衍射仪(Philips X-Perf Pro X-raydiffractometer)对未退火以及退火之后的薄膜样品进行物相结构分析(激发源Cu-K,λ=1.54056);采用Sirion200型场发射扫描电子显微镜(TransmissionElectron Scanning Microscope,FESEM)对制备的样品的形貌进行分析(加速电压为15kV)。最终,通过对实验条件的控制,我们在FTO导电玻璃基底上制备了均匀且垂直生长的ZnO纳米片阵列。 3.利用氧化锌纳米片阵列制备钙钛矿太阳能电池光阳极,制备钙钛矿太阳能电池。通过液相两步法在ZnO薄膜上直接旋涂CH3NH3PbI3,然后旋涂Spiro-MeOTAD作为空穴传输层,最后,通过喷金作为电池的背电极,完成了电池器件制备。利用SEM对电池进行了表征,利用XRD对结果进行了初步的分析。


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