金屬氧化物陰極緩沖層材料的合成及在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于其持續(xù)快速提升的高效率、制備工藝簡(jiǎn)單、成本低以及可實(shí)現(xiàn)柔性大面積印刷等優(yōu)勢(shì)，受到越來(lái)越多研究者的關(guān)注，成為光伏電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前提高鈣鈦礦電池光電轉(zhuǎn)換效率及改善其穩(wěn)定性的方法主要包括器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、鈣鈦礦晶體薄膜的形貌調(diào)控和界面緩沖層的修飾等。本論文針對(duì)不同器件結(jié)構(gòu)，從界面修飾角度出發(fā)，分別研究金屬氧化物陰極緩沖層在鈣鈦礦電池器件中的應(yīng)用。一方面，對(duì)于p-i-n平面結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)研究氧化鋅（ZnO）-聚合物復(fù)合陰極

2、緩沖層對(duì)鈣鈦礦器件的影響。另一方面，在n-i-p結(jié)構(gòu)中，考察二氧化鈦（TiO2）電子傳輸層、鈣鈦礦光活性層和聚(3-己基噻吩)（P3HT）空穴傳輸層制備工藝條件對(duì)鈣鈦礦電池性能的影響。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　（1)ZnO納米顆粒-聚[9,9-二辛基芴-9,9-雙(N,N-二甲基胺丙基)芴]（ZnO:PFN）和ZnO納米顆粒-聚乙烯亞胺（ZnO:PEI）復(fù)合物的制備及器件性能研究。采用溶液法制備ZnO:PFN和ZnO:PEI復(fù)合墨水

3、，考察了復(fù)合質(zhì)量比對(duì)器件光伏性能及穩(wěn)定性的影響，借助原子力顯微鏡（AFM）分析復(fù)合薄膜形貌，探究復(fù)合薄膜作用機(jī)理。結(jié)果表明：
　　當(dāng)PCBM（20 mg/mL）旋涂轉(zhuǎn)速為1500 rpm，ZnO墨水濃度為6mg/mL，PFN墨水濃度為1 mg/mL，二者復(fù)合質(zhì)量比為2:1時(shí)，復(fù)合薄膜作為陰極緩沖層的鈣鈦礦電池器件VOC=0.90 V，JSC=18.41 mA/cm2，F(xiàn)F=0.77，PCE=12.64％，效率提高約40%。ZnO:

4、PFN復(fù)合陰極緩沖層的引入可提高鈣鈦礦器件穩(wěn)定性，持續(xù)光照700 h，引入ZnO:PFN復(fù)合陰極緩沖層前后鈣鈦礦器件PCE分別衰減73%和52%；
　　當(dāng)PCBM（20 mg/mL）旋涂轉(zhuǎn)速為1000 rpm，ZnO墨水濃度為6mg/mL，PEI墨水濃度為0.2 mg/mL，二者復(fù)合質(zhì)量比為7.5:1時(shí)，復(fù)合薄膜作為陰極緩沖層的鈣鈦礦電池器件VOC=0.84 V，JSC=18.42 mA/cm2，F(xiàn)F=0.76，PCE=11.76

5、%，光電轉(zhuǎn)換效率提高約17%。持續(xù)光照665 h后，引入ZnO:PEI復(fù)合陰極緩沖層前后鈣鈦礦器件PCE分別衰減77%和57%，電池穩(wěn)定性得到提高；
　　與ZnO:PFN復(fù)合薄膜陰極緩沖層對(duì)p-i-n結(jié)構(gòu)鈣鈦礦電池光伏性能及穩(wěn)定性的提高相比，ZnO:PEI復(fù)合薄膜陰極緩沖層效果略差，但從器件性能及制作成本上綜合考慮，ZnO:PEI復(fù)合薄膜具有更好的應(yīng)用前景。
　　（2）TiO2/perovskite/P3HT結(jié)構(gòu)n-i-p型

6、鈣鈦礦電池電極界面優(yōu)化及器件性能研究。采用溶膠凝膠結(jié)合旋涂法制備TiO2薄膜，研究TiO2薄膜退火溫度、鈣鈦礦（PVSK）薄膜制備工藝、P3HT膜厚、P3HT批次差異及摻雜改性對(duì)器件性能的影響。結(jié)果表明：
　　以300℃退火的TiO2薄膜為電子傳輸層，PVSK膜厚為190 nm，P3HT膜厚為60 nm，以未摻雜P1（P3HT，北京Solarmer Energy公司）作為空穴傳輸材料，PCE最優(yōu)為4.88%；
　　P3HT材