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《武汉大学》 2017年
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界面传输材料及有机无机杂化太阳能电池研究

雷红伟  
【摘要】:有机无机杂化太阳能电池因其制备工艺简单、成本低廉,在新能源领域有着较大的研究和应用价值。近年来有机无机杂化太阳能电池包括聚合物电池、钙钛矿太阳能电池、硫化锑电池等,均得到了较大的发展。太阳能电池的界面材料是一个系统的关键性的工程,对决定器件性能至关重要。本文以有机无机杂化光伏器件的工艺和性能优化为导向,以界面传输材料的制备和应用为基础,研究了材料与器件性能的关系。本文致力于研究具有较高的迁移率、合适的带隙宽度、合适的能带匹配的,具有优异的光电特性的界面传输材料,并将其应用在太阳能电池领域,提升光电转换效率和稳定性。通过原位水热的方法制备了形貌尺寸可控的二维CuS纳米片,系统研究了种子层厚度、水热温度、水热时间等生长工艺的影响。利用其高的p型导电特性、高的空穴迁移率和光学透过率特性,将其应用到聚合物太阳能电池中,将P3HT体系的聚合物电池的光电转换效率提高到3.5%,将PBDTTT-C-T体系的聚合物电池的光电转换效率提高到7.4%。器件的稳定性得到大幅提升。通过化学浴法合成窄带隙硫化锑,设计了一种新型的平面结构的硫化锑太阳能电池器件及其制备方法。采用新型的氧化锡为平面电池的电子传输层的硫化锑太阳能电池取得了 2.8%的光电转换效率。减少了聚合物受体如PCBM等的使用量,降低成本,提高了器件的稳定性。通过气相蒸发法制备了非化学计量比的硫化铜薄膜,将其应用到平面n-i-p型钙钛矿电池中,与传统的Spiro-OMeTAD结合作为空穴传输层或缓冲层,p型的Cu1.75S薄膜具有较高迁移率、平整致密、较高的疏水性,基于Cu1.75S的钙钛矿电池取得了 18.58%的光电转换效率,器件性能在40%湿度下1000h衰减小于10%。设计合成新型的低温溶液法制备的X1和小分子C3材料,分别作为空穴传输材料和阴极界面材料应用在平面p-i-n型钙钛矿电池中。X1提高了器件的开路电压,C3改善了 PCBM电子传输层与阴极的接触,优化了器件的电子传输性能,减小了器件的滞回效应。基于新型材料为界面层的器件可取得17.42%的光电转换效率,器件无回滞效应。
【学位授予单位】:武汉大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM914.4

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