鈣鈦礦太陽能電池的制備工藝優(yōu)化及性能研究.pdf

1、太陽能作為一種綠色清潔可再生能源成為目前化石能源最佳的替代品，以晶體硅太陽能電池為代表的光伏發(fā)電技術(shù)已實現(xiàn)商業(yè)化。近年來，第三代太陽能電池中的鈣鈦礦太陽能電池(PSC)發(fā)展迅速，在短短六年時間里光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)從3.8％躍升至20.1％，但是對于鈣鈦礦太陽能電池的研究仍處于初始階段，器件重復(fù)率差，鈣鈦礦薄膜及高效器件集成的關(guān)鍵工藝仍需優(yōu)化。因此，本論文基于不同結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池進行了工藝探索，考察了不同因素對于電池器件性能的影

2、響，具體研究進展如下:
　　(1)采用兩步連續(xù)溶液法制備鈣鈦礦薄膜，基此組裝介孔結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池。調(diào)控TiO2介孔層厚度范圍為200～400 nm，發(fā)現(xiàn)300 nm厚度的介孔層綜合了最佳的光吸收和電子傳輸性能。通過精確控制鈣鈦礦浸漬時間調(diào)控鈣鈦礦層膜厚及覆蓋率，發(fā)現(xiàn):浸漬時間40 s時，PbI2完全轉(zhuǎn)化為CH3NH3PbI3，鈣鈦礦薄膜覆蓋率高，厚度為390 nm，具有最佳的吸光性能;當浸漬時間高于40 s時，SEM顯示部分鈣

3、鈦礦溶解，導(dǎo)致了電池器件的光電性能下降。經(jīng)優(yōu)化，采用300 nm厚介孔層，浸漬時間40s制備的器件，短路電流密度高達21.3 mA·cm-2，光電轉(zhuǎn)換效率達12.1％。
　　(2)采用一步溶液法制備鈣鈦礦薄膜，基此組裝平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池。通過旋涂30wt.％～50wt.％不同濃度的鈣鈦礦溶液可以得到140～470 nm厚度的鈣鈦礦薄膜，發(fā)現(xiàn)采用40wt.％濃度制備的300 nm厚度的鈣鈦礦薄膜性能最佳，SEM顯示其表面平整無

4、孔洞，PL表明其晶體缺陷少，因此制備的器件效率達12％。另外，通過控制鈣鈦礦退火溫度50～90℃，發(fā)現(xiàn)經(jīng)70℃退火后鈣鈦礦結(jié)晶度和激子傳輸能力均有提高。最后，經(jīng)優(yōu)化器件氧化時間提升器件性能，填充因子可提升至0.7，經(jīng)24 h氧化后器件性能最佳，光電轉(zhuǎn)換效率可達13.1％。
　　(3)分別采用溶膠凝膠法、絡(luò)合法、沉淀法制備了ZnO，作為電子傳輸層應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池之中。SEM顯示絡(luò)合法制備的ZnO具有合適的顆粒尺寸及表面粗糙度，