收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高效倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池的活性层形貌控制及器件界面调控研究

薛启帆  
【摘要】:近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因兼具高能量转换效率以及低成本溶液加工工艺而成为光伏领域的研究热点,其具有多种器件结构,包括介孔结构、正装平面异质结结构以及倒装平面异质结结构,后者因其结构简单性、低温溶液制备工艺以及柔性器件大规模加工可行性等优点备受国内外课题组关注和研究。然而,与介孔钙钛矿太阳能电池相比,倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池主要存在两个问题:首先,平面支架影响钙钛矿晶体生长和平整薄膜的形成;其次,器件能级非理想匹配,空穴传输材料的功函数与钙钛矿吸光层的价带(VB)、电子传输材料的未占有电子的能级最低的轨道(LUMO)与钙钛矿吸光层的导带(CB)以及金属电极功函数存在能量势垒,大大加剧载流子复合和降低器件开路电压。因此,本论文的主要工作是通过调控钙钛矿吸光层结晶特性和薄膜形貌以及引入新型阴极/阳极界面修饰材料来提高倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池的性能,本论文工作分为以下四个主要部分:1.在第三章中,我们选取与N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂结构相似的聚合物添加剂来控制钙钛矿结晶度和成膜动力学,对比添加剂在DMF和γ-丁内酯(GBL)两种溶剂的钙钛矿溶液体系中不同表现行为。研究发现:基于弱溶剂GBL的钙钛矿溶液体系中,添加剂与钙钛矿相互作用较温和,在不破坏钙钛矿晶体结构前提下,添加剂能够降低钙钛矿材料的结晶度,有效减缓钙钛矿剧烈结晶速度并提高薄膜的覆盖面积,电池在添加剂掺杂条件下开路电压高达1.1 V,与介孔结构钙钛矿器件相当,成功制备出效率高达6.35%的钙钛矿太阳能电池以及4.35%的柔性器件。2.在第四章中,我们设计开发一种新型胺基功能化共轭聚合物电解质并将其应用于倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池阴极界面修饰中,通过增加分子主链胺基功能团数量来促进新型阴极界面材料在弱极性溶剂异丙醇的溶解性,与常见的阴极界面材料(溶剂甲醇)做对比,系统研究阴极界面材料及其加工溶剂对底层钙钛矿晶体结构和器件性能的影响。研究发现:极性较小、分子尺寸较大的异丙醇不会对钙钛矿晶体结构产生影响,是适合多层钙钛矿器件中溶液加工阴极界面材料的正交溶剂,因此,新型阴极界面修饰器件的效率增加至15.0%,阴极界面修饰不仅能够降低器件漏电流,还有利于减少电子传输层表面的陷阱态以及降低阴极界面电子注入势垒,提高载流子传输速率。3.在第五章中,我们设计开发两种具有特定能级结构的醇溶性聚合物作为空穴选择层来修饰钙钛矿电池阳极界面,研究空穴选择层表面能大小对钙钛矿结晶和成膜动力学的影响,深入探讨空穴选择层的LUMO和HOMO能级对钙钛矿太阳能电池载流子复合动力学以及器件开路电压等性能的影响。研究发现:空穴选择层表面能与钙钛矿薄膜相近,促进钙钛矿结晶性并形成颗粒尺寸更大的高覆盖率钙钛矿薄膜,空穴选择层修饰的器件具有更长的载流子复合寿命和更短的载流子抽取时间,证明空穴选择层与钙钛矿更为匹配的深HOMO能级以及高效阻挡电子的高LUMO能级能够更加有效抑制器件阳极界面陷阱态引发的单分子复合,减少电荷陷阱,提高载流子抽取速度,空穴选择层修饰器件效率得到提升,尤其是深HOMO能级空穴选择层修饰的中等带隙器件开路电压和效率增加至1.07 V和16.6%,宽带隙器件开路电压和效率增加至1.34 V和10.3%,这是目前文献报道钙钛矿/富勒烯器件结构最高的开路电压,高开路电压宽带隙钙钛矿器件是实现全钙钛矿太阳能叠层器件的重要组成之一。4.在第六章中,我们同时在器件阳极引入金属氧化物空穴传输材料以及阴极引入高LUMO能级的富勒烯衍生物电子传输材料,着重研究富勒烯衍生物对钙钛矿吸光层表面陷阱钝化作用以及电子在富勒烯衍生物/钙钛矿界面抽取效率的差异,深入探讨富勒烯衍生物对倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池载流子复合动力学以及器件开路电压等性能的影响。研究发现:富勒烯衍生物对钙钛矿薄膜具有更加有效的光致发光猝灭作用和电子抽取效果,双界面修饰能够实现对钙钛矿薄膜上下表面更好的钝化以及陷阱填充作用,其器件具有更长的载流子复合寿命和更短的载流子抽取时间,证明双界面修饰能够更加有效抑制器件阳极和阴极界面陷阱态引发的单分子复合,减少电荷陷阱,提高载流子抽取速度,双界面修饰钙钛矿太阳能电池效率增加至18.1%,尤其是开路电压增加至1.13 V以及填充因子增加至80%,其半透明器件效率分别高达11.0%和12.6%,平均透光率高达25.6%和21.5%,是当前报道类似平均透光率的半透明钙钛矿太阳能电池中最高效率。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前11条
1 ;钙钛矿:新太阳电能电池结晶[J];上海商业;2014年03期
2 冯文,夏正才,袁松柳;锰基钙钛矿多层膜中的层间相互作用[J];低温物理学报;2004年03期
3 张瑞珠;师素娟;;钙钛矿包容核废物致密化工艺参数优化[J];华北水利水电学院学报;2008年03期
4 刘冬梅;李小兵;秦赛;朱明;;双钙钛矿La_2NiMnO_6多晶靶材的制备及结构表征[J];化工时刊;2013年07期
5 张玮皓;彭晓晨;冯晓东;;钙钛矿太阳能电池的研究进展[J];电子元件与材料;2014年08期
6 ;美国研制出环保型钙钛矿太阳能电池[J];中国电力;2014年06期
7 郭丽玲;王谦;徐圣东;刘韩星;;(C_6H_5C_2H_4NH_3)_2Cu_xSn_(1-x)I_(4-x)层状类钙钛矿杂合物的制备与性能[J];武汉理工大学学报;2013年07期
8 郭丽玲;翟晓雪;孙璋;刘韩星;;层状类钙钛矿有机-无机杂合物(C_nH_(2n+1)NH_3)_2SnI_4的第一性原理研究[J];武汉理工大学学报;2013年09期
9 亓淑艳;冯静;郭丽琴;张密林;;钙钛矿La_(0.5)Sr_(0.5)Mn_(1-x)Cr_xO_3的制备与磁性研究[J];武汉理工大学学报;2008年01期
10 郭丽玲;李鹏;刘韩星;;层状类钙钛矿有机-无机杂合物(C_nH_(2n+1)NH_3)_2MCl_4的溶解性研究[J];武汉理工大学学报;2008年03期
11 ;文摘[J];铀矿冶;2000年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李云龙;孙伟海;卞祖强;黄春辉;;高效的钙钛矿平面异质结太阳能电池研究[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第37分会:能源纳米科学与技术[C];2014年
2 孟庆波;李冬梅;罗艳红;;界面调控与高效率钙钛矿太阳能电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年
3 宋嘉兴;姚诗余;田文晶;;平面异质结低温溶液处理钙钛矿太阳能电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年
4 杨月勇;肖俊彦;罗艳红;李冬梅;孟庆波;;基于碳电极高效率钙钛矿太阳能电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第30分会:低维碳材料[C];2014年
5 肖立新;郑灵灵;马英壮;王树峰;陈志坚;曲波;龚旗煌;;高效杂化钙钛矿光伏器件[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第17分会:光电功能器件[C];2014年
6 顾卓韦;吴刚;陈红征;;溶胶-凝胶法制备氧化锌-钙钛矿平面异质结太阳电池[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第25分会:有机光伏[C];2014年
7 张秋菊;李白海;陈亮;;Pt掺杂的CaTiO_3的自再生机理的计算研究[A];中国化学会第27届学术年会第14分会场摘要集[C];2010年
8 苗君;乔利杰;姜勇;;钙钛矿多铁性氧化物异质结的低疲劳反转、磁电双弛豫、及缺陷调控[A];2012中国功能新材料学术论坛暨第三届全国电磁材料及器件学术会议论文摘要集[C];2012年
9 赵永男;孙振;;锆酸钡中空微球的掺杂及发光性能[A];第十二届固态化学与无机合成学术会议论文摘要集[C];2012年
10 刘代俊;徐程浩;;微波对钙钛矿晶体的基本作用[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(上)[C];2004年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 薛启帆;高效倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池的活性层形貌控制及器件界面调控研究[D];华南理工大学;2017年
2 高皓;染料敏化/钙钛矿太阳电池中光吸收层的微纳结构调控研究[D];南京大学;2015年
3 陈奇;钙钛矿半导体中的瞬态物理过程研究[D];南京大学;2016年
4 武其亮;钙钛矿太阳能电池界面层材料及钙钛矿层形貌调控的研究[D];中国科学技术大学;2016年
5 孔伟光;有机—无机杂化钙钛矿的光学特性研究[D];浙江大学;2016年
6 王燕;H_2CaTa_2O_7层间插层修饰、剥离及性能研究[D];中国科学技术大学;2016年
7 徐鸣;有机聚合物及有机—无机杂化钙钛矿太阳能电池的界面优化研究[D];吉林大学;2016年
8 陶洪;基于二氧化钛纳米结构的敏化型太阳能电池的研究[D];武汉大学;2016年
9 张华;高效钙钛矿太阳能电池器件工作机理、界面电荷传输材料、稳定性研究[D];华中科技大学;2016年
10 叶加久;钙钛矿晶体生长及形貌控制对电池性能的影响及机理研究[D];中国科学技术大学;2017年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王卫卫;聚合物电荷传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用[D];苏州大学;2015年
2 代晓艳;TiO_2致密层与钙钛矿吸收层的制备及其光伏性能[D];合肥工业大学;2015年
3 董庆顺;钙钛矿太阳能电池中电荷收集层的研究[D];大连理工大学;2015年
4 冯明巧;热解ZIF-67在DSCs及钙钛矿太阳能电池中的应用[D];大连理工大学;2015年
5 刘舟;基于钙钛矿的有机无机杂化太阳能电池的制备和性能研究[D];北京化工大学;2015年
6 马中生;有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池中界面缓冲层的研究[D];苏州大学;2015年
7 朱慧敏;异质结型钙钛矿太阳能电池的研究[D];青岛科技大学;2015年
8 尹伟;基于形貌控制和界面修饰的倒装平面异质结钙钛矿太阳能电池的性能研究[D];南京大学;2016年
9 张一帆;钙钛矿电致发光器件的薄膜优化研究[D];吉林大学;2016年
10 蒋紫曜;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[D];华东师范大学;2016年
中国重要报纸全文数据库 前2条
1 刘霞;钙钛矿材料成为高能效“帮手”[N];中国化工报;2013年
2 常丽君;钙钛矿材料实现电器自充电[N];中国化工报;2014年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978