钙钛矿太阳能电池的器件制备与研究

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太阳能作为一种丰富的可持续能源,对整个地球的生态平衡起着至关重要的作用,地球上每天接受的太阳能足够所有生物一年的能源消耗。随着光伏技术的发展成熟,太阳能电池的应用也越来越普及。简单的说,太阳能电池就是实现太阳光辐射能直接转换为电能的器件装置。从太阳能电池的发展历程角度,可以分为第一代,第二代以及第三代太阳能电池。近年来,一种新型太阳能电池:钙钛矿太阳能电池由于其迅速提升的能量转换效率而越来越受到人们的关注。  钙钛矿太阳能电池是从染料敏化太阳能电池基础上发展起来的,它以一种无机有机杂化卤素钙钛矿(通常为CH3NH3PbI3)为光吸收层。短短几年之内,其效率从最初报道的3.8%提升到如今认证的20.1%,速度超过以往任何一类电池。本论文将研究中心聚焦于钙钛矿太阳能电池的器件制备,对各种制备过程参数的调控来实现器件效率的提升。  第一章,阐述了新能源开发对于当前社会的重要性,光伏电池作为一种可持续能源应运而生,我们对太阳能电池的历史发展和分类作了简明的介绍。着重介绍近年来发展起来的一种新的太阳能电池:钙钛矿型太阳能电池。从钙钛矿材料的结构和性质开始,详细阐述了钙钛矿型太阳能电池的历史,分类和基本工作机制,综述了近年来此类电池发展中的一些重要突破和研究热点。  第二章,我们根据文献首先采用一步法制备钙钛矿太阳能电池,通过合理地选择溶剂DMF以及温度的调控获得了5.77%能量转换效率;之后我们采用两步法制备太阳能电池,其中我们对反应时间,温度和碘甲胺的浓度作了详细的研究,通过优化获得了稳定的11.05%的效率。  考虑到两步法中PbI2的残留问题,我们用二甲亚砜、4-叔丁基吡啶或喹啉等配体对PbI2结晶薄膜进行了修饰,经过优化,我们所获得的利用4-叔丁基吡啶处理得到的电池效率高达12.36%,比不经过处理的器件11.05%的效率更高。相对传统的两步法,我们的方法不需要增加过多繁琐的操作,并且反应更快更完全,获得的效率更高,可重复性也更好。  实验证明,我们所采用的溶剂、时间、温度和弄度的调控以及配位修饰的方法有助于提高电池效率,为将来光伏能源技术的发展打下良好的基础。
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