基于新型空穴传输材料制备高效钙钛矿太阳能电池的研究

发布时间：2025-06-25 23:32

　　钙钛矿太阳能电池在近10年的发展十分迅速,器件效率逐步接近理论极限。而电池的环境稳定性问题依然存在,其稳定性问题有很大的原因来自于空穴传输材料。针对目前钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料稳定性差,制备昂贵的问题,本文旨在利用两种合成方法简便,成本低廉的有机小分子空穴传输材料替换掉传统的聚三苯胺(polytriphenylamine,PTAA)材料。为了制备基于新型空穴传输材料的高效率太阳能电池,本文首先制备了经典的平面反型钙钛矿太阳能电池,并优化了器件参数。器件空穴传输层为PTAA,器件结构为透明导电电极ITO/空穴传输层PTAA/钙钛矿层/电子传输层PC61BM/乙酰丙酮锆/银。通过对器件进行优化,包括PTAA浓度,钙钛矿的组分、掺杂比例和缓冲层的添加,最终得到了效率高达19.08%的标准对照器件。本文报道了两种廉价的新型空穴传输材料,并探索了它们在钙钛矿太阳能电池中的应用。首先测试了两种新材料的性质,包括它们的溶解性,浸润性,热稳定性和电化学性质。探究材料分子结构的差异与材料性质之间的关系,并分析它们作为空穴传输层与钙钛矿层的能级匹配性。通过对器件和钙钛矿薄膜的分析,我们得到了两种材料影...

【文章页数】：68 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1钙钛矿晶体结构示意图[18]

钙钛矿层是电池器件中最重要的一部分,因此对于钙钛矿的组成成分和结构稳定性的研究是必要的。现今钙钛矿太阳能电池的吸光层主要采用的是具有钙钛矿结构的有机无机杂化钙钛矿半导体材料,其结构一般表示为ABX3,A,B,X分为表示三类占据不同晶格位置的离子,如图1-1所示。A+是一价阳离子,....

图1-2钙钛矿材料的多样性和吸收可调性[19]

最近几年,钙钛矿太阳能器件的几乎所有结构层次与制备工艺方面的进步,都对钙钛矿电池的发展产生了重大的意义。特别是关于钙钛矿从单一组分发展为多元混合钙钛矿,对于器件效率的影响尤为明显[19]。与常规半导体如Si,CdTe,GaAs等基本上是共价化合物不同,卤化钙钛矿是具有半导体特性的....

图1-3三种钙钛矿太阳能电池结构[25]

有机金属卤化物钙钛矿作为一类双极性材料,既能够传输空穴,同时可以传输电子。所以没有空穴传输层或电子传输层的结构是可行的[28]。这一构想从2012年开始就一直在研究。减小相应的传输层,不仅能够简化器件制备的工艺,还能够降低成本。如今含有空穴传输层的结构的效率已经超过了18%,具有....

图1-4硅基太阳能电池的工作原理图

钙钛矿电池的工作原理是光电效应,与硅基太阳能电池相同。我们以硅基太阳能电池的工作原理进行阐释,光子注射到太阳能电池器件上,当光子的能量大于电池器件中半导禁带宽度时,可使半导体中的电子从价带顶端激发到导带中,从而形成电子空穴对,即光生载流子。PN结是硅基太阳能电池工作的基础,产生的....

本文编号：4052792