TiO2致密层与钙钛矿吸收层的制备及其光伏性能

作     者：代晓艳 

作者单位：合肥工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：史成武

授予年度：2015年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：TiO2致密层 钙钛矿吸收层 微距离真空热蒸发 气相处理 钙钛矿太阳电池 

摘      要：本论文使用异丙醇稀释2 mol·L-1 TiCl4水溶液以获得介稳态的TiCl4醇水溶液,将其作为前驱体溶液于130℃水解制备TiO2致密层,组装了结构为FTO/c-TiO2/meso-TiO2/CH3NH3Pbl3/spiro-OMeTAD/Au的钙钛矿太阳电池,研究了醇水体积比对制备的TiO2致密层的表面形貌、厚度、晶相及带隙的影响,并比较了相应钙钛矿太阳电池的光伏性能;以PbI2粉体为源,使用微距离真空热蒸发制备PbI2薄膜,通过CH3NH3I蒸气处理将其转化为CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层,组装了结构为FTO/c-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Au的平板结构太阳电池,分别探讨了衬底加热及不加热时所制备的PbI2薄膜及相应的CH3NH3PbI3薄膜的化学组成、晶相组成、微结构及光学性质,测试了由其组装的钙钛矿太阳电池的光伏性能;利用球磨法将PbCl2粉体分散到纳米TiO2醇分散液中,旋涂到TiO2致密层上,通过CH3NH3I蒸气处理制备含有骨架层的钙钛矿吸收层,研究了处理过程中元素组成、晶相组成及微结构的变化,组装了相应的钙钛矿太阳电池。结果表明,利用介稳态的TiCl4醇水溶液于130℃C水解可成功制备TiO2薄膜并作为钙钛矿太阳电池中有效的致密层,异丙醇与2 mol·L-1 TiCl4水溶液以体积比6：2混合作为前驱体溶液所制备的TiO2薄膜作为致密层所组装的太阳电池表现出最好的光伏性能,获得了22.48 mA·cm-2的短路电流密度、865 mV的开路电压、54.62%的填充因子及10.61%的光电转换效率;以PbI2粉体为源,采用480℃的源温度及200℃的衬底温度,使用微距离真空热蒸发法制备的PbI2薄膜为沿(006)晶面择优生长的六方片状晶体,经CH3NH3I蒸气处理可转化为颗粒状的CH3NH3PbI3薄膜,所组装的钙钛矿太阳电池获得的短路电流密度为18.42 mAcm-2、开路电压为1.06 V、填充因子为36.44%,相应的光电转换效率为5.73%;利用微距离真空热蒸发在源温度490℃,衬底不加热的条件下可制备具有双层结构的PbI2薄膜,经过CH3NH3I蒸气处理后转化为双层结构的CH3NH3PbI3钙钛矿吸收层,所组装的太阳电池获得了21.00 mA cm-2的短路电流密度、896 mV的开路电压、50.01%的填充因子及9.41%的光电转换效率;利用球磨法可将PbCl2均匀分散至纳米TiO2中,PbCl2在CH3NH3I蒸气处理过程中首先生成了CH3NH3PbCl3,随着处理时间的增加,Cl元素逐渐被I元素取代,最终生成了结晶度较好的CH3NH3PbI3。