鈣鈦礦太陽能電池工作機理、回滯、降解研究.pdf

1、有機/無機鈣鈦礦材料因其較高的消光系數(shù)，以及兼具有機材料的結(jié)構(gòu)與能級可調(diào)、制備工藝簡單，與無機材料的載流子長距離擴散等特點，成為目前光伏領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點。在光伏領(lǐng)域應(yīng)用的該材料以鹵化物（鹵化鉛，鹵化錫等）晶胞作為骨架，有機銨離子通過氫鍵嵌入無機晶胞孔隙形成有機/無機雜化鈣鈦礦材料。溶液法制備的大晶粒鈣鈦礦的實驗表明該材料在結(jié)晶性以及載流子遷移特性方面已可與晶硅相媲美。該材料在光伏器件中除了可作為消光材料，亦可以充當(dāng)電子/空穴選擇傳輸材料

2、。目前，溶液法制備的有機/無機鈣鈦礦光伏器件的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達(dá)到20.1％，但是大家對于此類器件內(nèi)部物理過程的了解卻不盡如人意。
　　本論文主要以鈣鈦礦太陽能電池器件為研究對象，從優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、器件制備工藝入手，對器件內(nèi)部的物理過程進(jìn)行了系統(tǒng)性地研究。器件結(jié)構(gòu)方面，選擇常見的幾種結(jié)構(gòu)，如介孔鈣鈦礦器件、平板型鈣鈦礦器件、碳對電極鈣鈦礦器件、無空穴阻礙層的鈣鈦礦器件。在系統(tǒng)性優(yōu)化這幾類高效器件制備工藝的同時，利用電化學(xué)阻抗（EIS

3、），開爾文探針（KPFM），光電壓/光電流衰減（Photocurrent/photovoltage decay），電容-電壓曲線（C-V plot），以及莫特-肖特基曲線（M-Splot）等多種分析手段表征器件內(nèi)部物理過程。結(jié)果顯示鈣鈦礦器件的工作機理變化多樣，器件內(nèi)的物理過程可以是p-n，也可以是p-i-n工作機理，隨著器件的結(jié)構(gòu)以及器件組分的變化而變化。P-n器件中開路電壓來自于鈣鈦礦內(nèi)部電荷積累產(chǎn)生的類費米能級與載流子選擇傳輸層中

4、類費米能級之差，p-i-n的器件電壓則來自于n、p型載流子選擇傳輸層的類費米能級之差。同時，p-i-n器件光電轉(zhuǎn)化性能要優(yōu)于p-n器件。
　　通過電容-頻率曲線（C-Fplot），暫態(tài)光電流響應(yīng)，熒光淬滅等技術(shù)手段，我們發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦太陽能電池中的J-V曲線中的回滯現(xiàn)象產(chǎn)生的本質(zhì)原因在于鈣鈦礦中有機陽離子在電場中的運動。室溫以及高溫下，鈣鈦礦中的缺陷態(tài)以及鈣鈦礦的鐵電性對于回滯現(xiàn)象并沒有太大的影響。實驗結(jié)果也表明器件內(nèi)光生載流子的傳輸