FTO電極有機(jī)功能化修飾及其高效鈣鈦礦太陽能電池應(yīng)用.pdf

1、能源危機(jī)是21世紀(jì)人類面臨最大的問題之一，而太陽能既是國(guó)際公認(rèn)的理想替代能源，也是人類可利用的可再生清潔能源。目前，以硅基為主的無機(jī)太陽能電池，其最高效率已經(jīng)達(dá)到了25.6%，正在逐漸接近理論上限值30%。但是由于其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本較高，從而制約著硅基太陽能電池的廣泛應(yīng)用。與半導(dǎo)體硅相比，有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光伏性能，如適宜的禁帶寬度、微米級(jí)的電子-空穴擴(kuò)散長(zhǎng)度、極高的光吸收系數(shù)和很好的載流子遷移率等。得益于此，在短

2、短的幾年時(shí)間里，研究者通過優(yōu)化器件結(jié)構(gòu)、材料及制備工藝，使器件的電池效率從9.7%升到了22.1%。但是，電池結(jié)構(gòu)中的電子傳輸層需要高溫煅燒制備，這無疑增加了器件的制備成本，阻礙了其進(jìn)一步商業(yè)化進(jìn)程。因此，在低溫的條件下制備出高性能的鈣鈦礦太陽能電池器件，這對(duì)于鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化發(fā)展有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文以低溫制備高效鈣鈦礦太陽能電池為目標(biāo)，探索通過界面修飾電極來提高其器件的性能，進(jìn)一步分析其內(nèi)在機(jī)理，為器件光伏性能的提升提供有

3、益的借鑒。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴在100oC低溫下，在一步法基礎(chǔ)上采用快速結(jié)晶法制備出致密的鈣鈦礦薄膜，其器件的光電轉(zhuǎn)化效率為9.0%。由于FTO電極從鈣鈦礦薄膜中提取電子需要跨越很大一個(gè)能壘，這十分不利于電子的傳輸，進(jìn)而限制了器件的光電轉(zhuǎn)化效率。因此，利用鄰二氯苯在UV照射下修飾FTO電極表面來增大其電極的功函數(shù)，從而有效降低了電子傳輸?shù)哪軌荆M(jìn)而提高了電池器件的光電轉(zhuǎn)化效率。結(jié)果表明，經(jīng)110 s的UV照射處理后，所制備

4、的器件性能達(dá)到最佳，其光電轉(zhuǎn)換效率為13.4%，開路電壓接近1.0 V，短路電流密度為20.8mAcm-2。⑵利用PEI聚合物修飾FTO電極作為電子傳輸材料應(yīng)用于平面鈣鈦礦太陽能電池。測(cè)試結(jié)果表明，PEI溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與電池性能有著密切關(guān)系。當(dāng)PEI溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%時(shí)，所制備的鈣鈦礦太陽能電池性能最佳，其光電轉(zhuǎn)化效率為10.4%，短路電流密度為20.09 mA cm-2，串聯(lián)電阻為9.97?。進(jìn)一步研究和分析證明，PEI作為電