鈣鈦礦太陽能電池電荷傳輸特性優(yōu)化及光伏性能研究.pdf

1、人類生存和社會的發(fā)展都依賴于對能源的利用。然而，當(dāng)前人類社會使用的能源80％來源于傳統(tǒng)化石燃料，而化石能源的日益枯竭嚴(yán)重制約了人類社會的快速發(fā)展，全球性的能源危機已成為人類共識。開發(fā)綠色可再生能源是解決能源危機的最有效途徑，其中，太陽能由于其分布廣泛、儲量無限、環(huán)境友好等優(yōu)點成為了最有發(fā)展前景的新能源。
　　目前已成功實現(xiàn)商業(yè)化的晶硅太陽能電池在光伏性能上已經(jīng)有很好的突破，但其高制造成本限制了其進一步大眾化市場發(fā)展。近幾年，新型有

2、機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)因其低廉的制備成本和優(yōu)異的光伏性能吸引了大量科研人員的關(guān)注，PSCs的光電轉(zhuǎn)換效率也從2009年的4％提升到2016年的22.1％。但是PSCs的重現(xiàn)性低、穩(wěn)定性差、遲滯效應(yīng)大等問題嚴(yán)重制約其商業(yè)化發(fā)展，而這些問題主要受器件內(nèi)部薄膜形貌及界面性質(zhì)影響。對此，本論文第一個工作是提出全新NiO薄膜制備方法-氣相沉積法-改進NiO薄膜形貌，進而改善電荷傳輸特性提升器件光伏性能。第二個工作是通過分子自組裝

3、修飾ZnO表面調(diào)控鈣鈦礦晶體生長及界面電子耦合，進而提升電荷傳輸和轉(zhuǎn)移特性提升PSCs光伏性能，具體研究結(jié)果如下:
　　1.報道了一種氣相沉積高質(zhì)量NiO薄膜的方法。通過在基底上預(yù)先沉積一層金屬Ni隨后高溫煅燒氧化的方法制備了致密、平整的NiO薄膜，此薄膜具有良好的p型半導(dǎo)體特性。相比旋涂法制備的NiO薄膜，氣相沉積的NiO孔洞明顯減少，粗糙度大大降低，在NiO/Perovskite/PCBM/Ag結(jié)構(gòu)的PSCs中更有利于NiO對

4、空穴的抽取，促進高效的電荷分離與傳輸?；跉庀喑练e法NiO集成的PSCs獲得了高達(dá)14.88％的光電轉(zhuǎn)換效率，高于基于旋涂法NiO集成的PSCs(13.07％)。同時基于有效面積1.0cm2集成的大尺寸PSCs也能達(dá)到12.79％的能量轉(zhuǎn)換效率，這都明顯優(yōu)于基于旋涂法集成的PSCs(8.79％)。該工作為制備均勻致密的NiO薄膜提供了一種全新解決方案。
　　2.基于ZnO/Perovskite/Spiro-MeOTAD/Ag結(jié)構(gòu)的

5、PSCs，通過分子自組裝的方式將對氨基苯甲酸(PABA)分子有序的排列在ZnO表面達(dá)到修飾ZnO的目的。利用PABA的偶極取向使修飾后的ZnO具有更大的表面能，同時表面功函由原來的3.69eV降低為3.47eV。低表面功函促使形成更高的開路電壓(VOC=1.16V)，同時ZnO的高表面能和表面附著的氨基能很好的調(diào)控鈣鈦礦晶體生長，從而提升鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性、顆粒尺寸并減少孔隙?；谛揎椇骦nO的器件光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到16.55％優(yōu)于基于空白