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基于有序SnO2介孔结构钙钛矿太阳能电池的研究

基于有序SnO2介孔结构钙钛矿太阳能电池的研究

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作者：陈晗玥湘潭大学

学位级别：硕士

钙钛矿太阳能电池（PSCs）自2009年Miyasaka教授提出以来,其光电转换效率（PCE）在技术上取得了很多突破,提升十分迅速,从最初的3.8%一路攀升到目前的25.7%。与其他光伏材料相比,钙钛矿材料在光学上具有更高的光吸收系数、更长的激子扩... 详细信息

钙钛矿太阳能电池（PSCs）自2009年Miyasaka教授提出以来,其光电转换效率（PCE）在技术上取得了很多突破,提升十分迅速,从最初的3.8%一路攀升到目前的25.7%。与其他光伏材料相比,钙钛矿材料在光学上具有更高的光吸收系数、更长的激子扩散长度、可调能带结构以及较低激子结合能等特点。尽管当前PSCs的光电转换效率有了明显提升,但是距离其Shockley-Queisser极限还有较大的提升空间。研究表明,目前主要从以下几个方面改善钙钛矿太阳能电池器件性能:一是对钙钛矿材料进行改性;二是优化电池界面;三是构建介孔结构。其中,构建介孔结构钙钛矿太阳能电池可提高活性层与电子传输层之间的接触面积,有效改善界面电荷传输。然而,基于传统方法利用纳米粒子构建的介孔结构多为无序结构,其中狭小的孔隙以及无序的接触方式会影响钙钛矿晶粒生长以及载流子定向输运过程,在一定程度上限制了器件性能提升。而有序介孔结构可有效增强光耦合过程,增强钙钛矿材料的光吸收,优化界面电荷传输过程。因此,本文将有序结构应用于介孔钙钛矿太阳能电池中,对提升钙钛矿层的光吸收效率和钙钛矿太阳能电池的光电转换效率具有重要意义。本文具体工作如下:一、改进了再组装方法并开发相应的制备装置,使用该方法制备出高质量、单层结构的聚苯乙烯微球薄膜,且以此为模板使用旋涂渗透法制备出了有序结构的SnO薄膜。试验研究获得了最优的实验变量参数,制备出的二维反蛋白石SnO薄膜排列有序,晶体致密,膜层连续,可作为钙钛矿太阳能电池介孔支架。二、研究了有序SnO反蛋白结构（SIO）对于介孔钙钛矿太阳能电池性能的影响机理。薄膜形貌表征及界面电荷传输动力学都证明了有序结构的介孔电子传输层和嵌套的钙钛矿吸光层增加了钙钛矿层的光吸收、改善了接触面电学性能和提升了电池稳定性。基于SIO-5的钙钛矿太阳能电池的最佳光电转换效率达到了20.03%。研究结果表明,有序结构的SIO介孔层能有效优化电池各项参数,提高电池光吸收与稳定性,是一种简单高效的制备高性能和稳定性钙钛矿太阳能电池的方法。

关键词：有序结构介孔钙钛矿太阳能电池再组装法二维反蛋白石SnO2薄膜

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