检索结果-南通市图书馆

作者：王耀江苏科技大学

学位级别：硕士

太阳能取之不尽用之不竭,是人类最理想和安全的能源,对其利用可有效解决全球能源短缺问题。太阳能电池直接将太阳能转化为电能,便于储存和使用,近年来受到了全世界的极大关注。有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池作为新一代的太阳能电池... 详细信息

太阳能取之不尽用之不竭,是人类最理想和安全的能源,对其利用可有效解决全球能源短缺问题。太阳能电池直接将太阳能转化为电能,便于储存和使用,近年来受到了全世界的极大关注。有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池作为新一代的太阳能电池,由于具有多种优异性已被广泛研究。界面修饰和活性层改性是提高有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池性能的两种常用途径。本文通过合成氧掺杂硫化锌来修饰有机太阳能电池的ZnO电子传输层,通过合成SnO来修饰反向钙钛矿太阳能电池的PCBM电子传输层,分别提高了有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池的器件性能。此外,本文选择NaIO对钙钛矿活性层进行改性,也在一定程度上提高了钙钛矿太阳能电池的器件性能。主要研究结果如下:采用简单的溶液法成功制备了氧掺杂硫化锌纳米晶,其结构满足ZnS的晶体结构,且通过X射线吸收光谱(XAS)证明了其晶体结构中存在Zn 3d-O 2p杂化。在合成过程中,吡啶的作用是控制晶体尺寸和调节晶体的表面形貌。通过在ZnS中掺杂氧,本文降低了其能级,使得其在光伏领域的应用中可以减少与ZnO电子传输层之间的能障。当该氧掺杂硫化锌纳米晶被用来修饰ZnO电子传输层并被应用在结构为ITO/ZnO/ZnS(O)/PTB7-Th:PCBM/MoO/Ag的有机太阳能电池中时,该器件的最高光电转换效率可以达到8.85%,与仅有ZnO电子传输层的器件的光电转换效率(8.00%)相比较,效率提升了10%。采用SnO来修饰PCBM从而组成PCBM:SnO电子传输层,当其被应用在反向CHNHPbI钙钛矿太阳能电池中时,获得的光电转换效率最高为19.7%。与仅有PCBM的器件相比较(13.2%),光电转换效率可以提高49%。具有极好分散性的SnO纳米晶在这里被用来填充PCBM薄膜上的孔洞以及覆盖PCBM薄膜上的谷底,形成光滑而又紧实的PCBM:SnO薄膜,从而解决了PCBM在钙钛矿活性层上覆盖性较差的问题。同时,由SnO的深能级缺陷引起的电子陷阱态的数量可以被PCBM减少,这可以通过空间电荷限制电流分析来证明。因此,PCBM:SnO薄膜不仅可以抑制PCBM的缺点,也可以抑制SnO的缺点,从而导致电子传输性能的增强以及复合丢失的减少。另外,基于该双层薄膜的器件稳定性也得到了增强,在惰性气体中一个月以后仍然可以维持其最初性能的85%。采用NaIO来改性CHNHPbI钙钛矿前驱体溶液,其所制备的钙钛矿薄膜与未改性的相比,可以获得更大的晶粒尺寸,从而减少了薄膜中的晶体边界,形成了高质量的钙钛矿活性层。通过改性,钙钛矿的能带隙变窄,其可以吸收更多的光,从而产生更多的光生载流子。此外,NaIO改性使得钙钛矿薄膜的深能级电子缺陷的密度降低,减少了发生非辐射复合的几率。最终,所制备的反向钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为15.53%,与未改性的器件的光电转换效率(13.14%)相比较,其提升了18%左右。

关键词：氧掺杂硫化锌有机太阳能电池 PC61BM:SnO2电子传输层反向钙钛矿太阳能电池钙钛矿活性层

基于掺杂工艺制备的钙钛矿太阳能电池的性能研究

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基于掺杂工艺制备的钙钛矿太阳能电池的性能研究

作者：孙子棋苏州大学

学位级别：硕士

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其卓越的光电特性,在可再生能源中表现出较大的应用潜力。得益于钙钛矿薄膜合成的不断改进和优化、器件结构设计的优化以及界面传输层相互作用的深入研究,目前其认证的最高效率值已达到22.7%。其中,... 详细信息

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其卓越的光电特性,在可再生能源中表现出较大的应用潜力。得益于钙钛矿薄膜合成的不断改进和优化、器件结构设计的优化以及界面传输层相互作用的深入研究,目前其认证的最高效率值已达到22.7%。其中,界面传输层与钙钛矿活性层的光学、电学性质是影响器件性能的关键所在。本论文分别从传输层与活性层掺杂的角度出发,具有针对性的调控空穴传输层与钙钛矿活性层相应的光电性质。具体如下:(1)首先,我们开展了空穴传输层掺杂的工作。我们与山东大学晶体材料研究所的夏海兵教授课题组合作,将尺寸约为46 nm的金银纳米合金应用到钙钛矿太阳能电池中,这也是首次将金银纳米合金作为添加剂,应用到p-i-n型钙钛矿的PEDOT:PSS层中的工作。通过优化过后,掺杂过后的器件能达到16.76%的光电效率值,与未掺杂的器件相比,实现了28%的效率提升。IPCE、紫外吸收、荧光及电化学交流阻抗的系统测试结果表明,由于金银纳米合金较强的散射效应,器件的光吸收特性得到明显的增加。同时由于金银纳米合金的掺杂,修饰后的PEDOT:PSS层具备更好的电荷传输特性。(2)我们研究了富勒烯衍生物C(OH)在n-i-p型钙钛矿活性层MAPb ICl中的掺杂,对MAPb ICl钙钛矿太阳能电池结构与性能的影响。扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)结果显示,C(OH)的引入增大了钙钛矿晶粒尺寸,促进了钙钛矿的结晶。通过电化学交流阻抗的测试,我们发现掺杂过后的器件有更小的传输电阻和更大的复合电阻,这表明掺杂后的器件不仅具备更好的电荷抽提以及电荷传输能力,而且晶粒的缺陷态得到明显降低,较好的降低了复合的过程。最终掺杂过后的器件效率值为16.56%,实现了约10%的效率提升。

关键词：钙钛矿太阳能电池空穴传输层钙钛矿活性层掺杂

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钙钛矿太阳能电池的新型无机空穴传输层研究

钙钛矿太阳能电池的新型无机空穴传输层研究

作者：禹豪电子科技大学

学位级别：硕士

最近几年,随着对太阳光这种清洁能源的关注度的提升,钙钛矿太阳能电池的研究也经历了一个快速的发展,使其转换效率不断提升。平面异质结型钙钛矿太阳能电池具有可低温制备和制备过程简单等优点,并且便于应用于柔性化器件的制备。这些特... 详细信息

最近几年,随着对太阳光这种清洁能源的关注度的提升,钙钛矿太阳能电池的研究也经历了一个快速的发展,使其转换效率不断提升。平面异质结型钙钛矿太阳能电池具有可低温制备和制备过程简单等优点,并且便于应用于柔性化器件的制备。这些特性使其吸引了大批研究者的关注。本文的电池结构是基于反式平面异质结型结构,为ITO/HTL/Perovskite/PCBM/BCP/Ag结构。在这种结构中空穴传输层对电池性能具有重要影响。本文通过使用具有高空穴迁移率、宽带隙和价格便宜等优点的无机空穴传输材料作为HTL,探索了无机材料对活性层成膜的影响,以及材料的界面缺陷对电池性能的影响等。主要研究内容及结果如下:(1)通过比较两步溶液法、一步DMF溶剂法和一步DMF&DMSO溶剂法制备的活性层的形貌等,我们发现两步法制备的活性层不够致密并且存在缺陷。通过改用一部法能够显著的提升活性层的平整度和致密性。DMSO的加入能够减缓活性层的成膜速率,使得到的活性层更加致密平整,得到了11.45%的转换效率。通过调节PCBM的厚度来优化电池的迟滞效应。当PCBM较薄时,其不能完全覆盖活性层表面,存在漏电流,并且会产生电荷在界面的积聚。通过增厚PCBM能够使等效电容面积接近于器件的面积,减少电荷的积累从而消除迟滞效应。但是过厚的PCBM也会导致串联电阻的增大,使电池效率减小。(2)通过使用Cu I、MoO和CuO作为空穴传输层应用在电池中。使用溶液旋涂法和真空蒸镀法制备CuI,使用真空蒸镀法和磁控溅射法制备了MoO,使用溶液旋涂法和磁控溅射法制备CuO。通过使用各种方法制备的无机薄膜作为HTL,以期能够得到更好的器件性能。分析其对活性层成膜的影响以及界面存在的缺陷,发现单一无机空穴传输层容易使制备的活性层存在缺陷,并且他们之间的界面缺陷也会影响载流子的输运。(3)通过在无机空穴传输层上淀积一层PEDOT:PSS得到CuI/PEDOT:PSS、MoO/PEDOT:PSS和CuO/PEDOT:PSS双空穴传输层。通过优化空穴传输层与活性层的接触,得到了较好的活性层形貌。并且能够部分的减少界面缺陷,提高了电池效率,得到的最优转换效率为15.48%。本论文主要研究了无机空穴传输层的能级、界面接触以及各层之间的界面缺陷对提高电池性能的影响。对使用无机HTL提高钙钛矿太阳能电池的性能具有一定的借鉴意义。

关键词：钙钛矿太阳能电池钙钛矿活性层无机空穴传输层迟滞效应

高效稳定反式钙钛矿太阳能电池关键材料的维度调控与组分工程

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高效稳定反式钙钛矿太阳能电池关键材料的维度调控与组分工程

作者：刘凤翔华中科技大学

学位级别：硕士

有机无机杂化钙钛矿材料具有带隙可调、光学性能优异、制备工艺简单等特点,被广泛应用在光伏、发光等领域,吸引了研究人员的高度关注。但是钙钛矿多晶薄膜在制备过程中产生的各种缺陷,以及载流子传输层处的电荷累积,严重降低了钙钛矿光... 详细信息

有机无机杂化钙钛矿材料具有带隙可调、光学性能优异、制备工艺简单等特点,被广泛应用在光伏、发光等领域,吸引了研究人员的高度关注。但是钙钛矿多晶薄膜在制备过程中产生的各种缺陷,以及载流子传输层处的电荷累积,严重降低了钙钛矿光伏器件的整体性能。本论文通过协同调控钙钛矿光电活性材料维度及空穴传输层材料组分,实现了高效稳定反式钙钛矿太阳能电池的可控制备:(1)钙钛矿光电活性材料维度调控:设计了一种稳定低缺陷一维交联金属卤化物材料,通过调控钙钛矿光吸收层中一维金属卤化物与三维钙钛矿的组分比例,制备出低维化的一维/三维混合钙钛矿材料。研究表明,基于一维交联碘化铅基配合物中有机组分1,2-双(二苯基膦基)二氧化乙烷(DPPO)与三维钙钛矿中无机组分碘化铅之间的路易斯酸碱作用,一维材料均匀分布于三维钙钛矿晶界处,有效地钝化了钙钛矿多晶薄膜的缺陷,抑制了离子迁移,增强了钙钛矿材料的环境(光、热、水、氧等)耐受性。最终,获得了光电转换效率达20%的高效稳定反式钙钛矿器件。(2)空穴传输材料组分工程:基于氮氧自由基聚合物4-环氧丙基氧-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基自由基(PTEO)优异的P-型半导体特性及化学稳定性,对常规聚合物空穴传输材料聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)进行组分调控,制备出PTEO/PTAA杂化聚合物空穴传输材料。研究表明,组分工程策略显著地提升了PTAA空穴传输材料的载流子提取效率和传输速率,增强了空穴传输层/钙钛矿层界面的电学鲁棒性与接触性能。基于PTEO/PTAA杂化空穴传输材料制备的反式钙钛矿器件取得了21%的光电转换效率,持续光照老化500 h后,依然保持了其初始光电转化效率的79%。

关键词：反式钙钛矿太阳能电池空穴传输层钙钛矿活性层性能调控钝化

过渡金属硫化物空穴传输层的钙钛矿太阳能电池应用研究

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过渡金属硫化物空穴传输层的钙钛矿太阳能电池应用研究

作者：王云祥电子科技大学

学位级别：硕士

随着能源需求的日益增长和环境问题的不断加剧,如何利用太阳能这种清洁可再生能源成为全球性的研究课题。太阳能电池技术提供了一种环境友好的可再生能源,可直接将太阳能转化为电能。近年来,从染料敏化太阳能电池中产生的钙钛矿太阳能... 详细信息

随着能源需求的日益增长和环境问题的不断加剧,如何利用太阳能这种清洁可再生能源成为全球性的研究课题。太阳能电池技术提供了一种环境友好的可再生能源,可直接将太阳能转化为电能。近年来,从染料敏化太阳能电池中产生的钙钛矿太阳能电池在极短时间内快速发展,受到人们极大的关注。目前对钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在采用工艺优化和材料工程来获得高效、稳定的电池器件。本文尝试将新型无机过渡金属硫化物(TMDs)引入到反向平面异质结型钙钛矿太阳能电池中,在优化钙钛矿太阳能电池制备工艺的基础上,重点研究TMDs的制备方法及其作为空穴传输层对钙钛矿活性层形貌、结晶性、光电特性以及器件性能的影响规律。研究内容分为以下三个部分:(1)钙钛矿太阳能电池制备工艺研究。从调控钙钛矿形貌和优化制备工艺出发,通过比较钙钛矿活性层在不同退火温度、反溶剂滴加时间的薄膜形貌、结晶性和器件性能等,分析不同退火温度、反溶剂滴加时间对钙钛矿薄膜和器件性能的影响规律,优选确定100℃为较佳退火温度和15s为反溶剂滴加的较佳时间点,最终器件取得了12.77%的光电转换效率,同时确定了适合反向平面结构钙钛矿太阳能电池的制备工艺,以此作为本论文的钙钛矿活性层制备方法。(2)MoS、WS空穴传输层制备及钙钛矿太阳能电池应用研究。采用真空蒸镀法分别制备出MoS、WS薄膜。采用液相剥离法,成功制备了高质量的二维层状结构MoS、WS,之后通过溶液旋涂法分别制备了二维层状结构MoS、WS薄膜,分别取得了7.6%和6.3%的光电转化效率。分析了不同结构的MoS、WS对钙钛矿活性层的表面形貌、结晶性和光电特性以及对电池性能的影响规律。(3)二维层状MoS薄膜的界面修饰及其钙钛矿太阳能电池应用研究。通过紫外臭氧处理对溶液旋涂法制备的二维层状MoS薄膜进行界面修饰。结果表明,紫外臭氧处理可提高MoS的功函数,使MoS的能级与钙钛矿活性层能级更加匹配,增强其空穴提取性能,效率提高到8.6%。由于MoS作为空穴传输层时,钙钛矿活性层存在缺陷,影响了器件的性能。通过采用MoS/PEDOT:PSS双空穴传输层,优化了活性层的形貌,减少了界面的载流子复合损失,使电池性能得到大幅度提升,获得了14.93%的光电转化效率。

关键词：钙钛矿太阳能电池钙钛矿活性层过渡金属硫化物空穴传输层界面修饰

基于钙钛矿结晶过程的控制实现高效率太阳能电池

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基于钙钛矿结晶过程的控制实现高效率太阳能电池

作者：吕豪南京邮电大学

学位级别：硕士

近年来,钙钛矿太阳能电池的迅速发展受到了科研界与工业界的广泛重视。为推动其产业化进程,国内外研究者们着眼于各种方式进一步提升电池性能,其中钙钛矿活性层的制备作为最关键的一环颇受重视。优异的钙钛矿薄膜质量是实现高效钙钛矿... 详细信息

近年来,钙钛矿太阳能电池的迅速发展受到了科研界与工业界的广泛重视。为推动其产业化进程,国内外研究者们着眼于各种方式进一步提升电池性能,其中钙钛矿活性层的制备作为最关键的一环颇受重视。优异的钙钛矿薄膜质量是实现高效钙钛矿器件性能的基础。本论文从探究钙钛矿结晶过程出发,利用反溶剂工艺、添加剂工程和界面工程等来控制钙钛矿结晶速率,从而调控钙钛矿层形貌,最终实现钙钛矿器件性能的提升,主要分为以下三个部分:(1)钙钛矿前驱体溶液中添加二甲基亚砜(DMSO)来调控钙钛矿薄膜形貌;虽然在一步溶液法沉积钙钛矿薄膜的工艺中使用反溶剂冲洗工艺可以缓解因为结晶速度过快带来的薄膜覆盖率低、缺陷多等缺点,但是反溶剂冲洗重复性较差。而以醋酸铅(Pb(Ac))为单一铅源的无反溶剂一步溶液法钙钛矿薄膜沉积技术,规避了反溶剂冲洗工艺带来的不可控因素,提升器件的重复性,但是其器件效率有待提升。对此,我们通过在钙钛矿前驱体溶液中添加微量的DMSO试剂,实现了对钙钛矿薄膜形貌的调控。实验结果表明,DMSO的添加会引起钙钛矿中间相的形成,减缓了溶液旋涂过程中钙钛矿的结晶速率,从而形成晶粒更均匀、致密、表面光滑的钙钛矿薄膜。钙钛矿薄膜的质量随DMSO添加比例的增加呈抛物线形变化,先提升再下降,当DMSO添加量为3%时,器件效率最高,光电转化效率相比添加之前提升了18%。(2)(FA)(MA)PbBrI混合阳离子卤素掺杂的钙钛矿结构的使用;虽然最常见的有机无机杂化钙钛矿材料MAPbI在很多方面都表现出了优异的光电特性,但是通过混合阳离子及卤素掺杂的使用可以进一步改善其光吸收、载流子传输和器件稳定性等性能。我们针对混合阳离子的钙钛矿材料重新优化了旋涂钙钛矿前驱体溶液过程中反溶剂冲洗的时间点等条件。实验结果表明,当旋涂开始第6-8 s时滴加反溶剂,得到了表面光滑的钙钛矿薄膜,相应的钙钛矿太阳能电池的Voc为0.93 V,Jsc为19.10 m A/cm,FF为74.97%,PCE为13.27%。此外,钙钛矿前驱体中使用基于Pb(Ac)和PbI的双铅源,能够有效避免反溶剂的使用,并形成高质量的钙钛矿薄膜,制备得到性能优异的钙钛矿电池器件,其Voc为1.05 V,Jsc为19.64 m A/cm,FF为71.17%,PCE为14.63%。我们进一步使用5 mg/ml的Br Ac溶液修饰钙钛矿表面后,器件性能又有大幅度提升,其Voc为1.05 V,Jsc为21.91 m A/cm,FF为72.18%,PCE为16.59%。(3)基于CsPbIBr的全无机钙钛矿太阳能电池;虽然有机-无机杂化太阳能电池达到了与商业化的硅基太阳能电池基本相当的光转换效率,但是其在空气中的稳定性差,阻碍了其产业化进程。而全无机的钙钛矿材料的物理和化学性质更为稳定,有潜力实现稳定而高效的钙钛矿太阳能电池器件。但是目前其电池器件性能偏低。我们首先优化了其退火过程,采用分阶段的温度梯度来退火,同时在前驱体溶液中添加DIO来控制钙钛矿的结晶过程。实验结果表明,温度梯度的退火方式能够有效控制钙钛矿结晶过程,制备得到优异的钙钛矿薄膜,使低温制备全无机钙钛矿存在可能。而DIO虽有减缓钙钛矿结晶的效果,但对器件性能的提升影响不大。另外通过改善PTAA与钙钛矿活性层之间的界面接触,获得性能更加优异的全无机PSCs。实验结果表明,以AlO纳米颗粒修饰PTAA的表面,改善了钙钛矿前驱体溶液在PTAA表面的浸润性,提升了钙钛矿在PTAA上的覆盖率,从而获得高效的全无机PSCs。使用AlO界面层的最优器件Voc为0.96 V,Jsc为13.18 m A/cm,FF为66.89%,PCE为8.43%,相较于原始器件,性能参数均有所提升。

关键词：钙钛矿活性层结晶过程表面形貌添加剂