【摘 要】
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钙钛矿太阳能电池作为21世纪的新宠儿,其具有载流子寿命长,制备成本低,工艺简单等优势。然而目前常见的有机空穴传输材料Spiro-OMe TAD制备工艺复杂,价格昂贵而且电导率偏低,需要进行掺杂改性。同时,钙钛矿薄膜在制备过程中成晶速度过快,薄膜覆盖程度低,薄膜表面出现沟壑纵横的形貌,增大电荷的复合机率。为解决上述问题,本文在乙醇-水体系下水热法制备铟酸铜Cu2In2O5粉末以及采用溶液法制备氧化铜
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目（No.21706043）；
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钙钛矿太阳能电池作为21世纪的新宠儿,其具有载流子寿命长,制备成本低,工艺简单等优势。然而目前常见的有机空穴传输材料Spiro-OMe TAD制备工艺复杂,价格昂贵而且电导率偏低,需要进行掺杂改性。同时,钙钛矿薄膜在制备过程中成晶速度过快,薄膜覆盖程度低,薄膜表面出现沟壑纵横的形貌,增大电荷的复合机率。为解决上述问题,本文在乙醇-水体系下水热法制备铟酸铜Cu2In2O5粉末以及采用溶液法制备氧化铜,作为空穴传输材料。以醋酸纤维素和糯米粉对钙钛矿薄膜进行改性,降低其成晶速度,提高覆盖率减少电荷复合。本文主要工作如下:1、本文采用水热法,在乙醇-水体系作用下,以醋酸铜为铜源,醋酸铟为铟源,选择氢氧化钾作为矿化剂,经退火处理得到Cu2In2O5粉末。通过对Cu和In的不同物质的量比的调整,制备铟酸铜Cu2In2O5粉末。利用XRD和TEM确定铟酸铜Cu2In2O5粉末的相组成和晶体结构;采用SEM对Cu2In2O5粉末进行形貌表征;采用紫外可见吸收光谱研究Cu2In2O5薄膜的禁带宽度;通过Mott-Schottky（M-S）法得出Cu2In2O5的载流子浓度;通过线性扫描伏安法（LSV）测试,当铜铟物质的量比为1.3:1时制备出的Cu2In2O5薄膜作为空穴传输层组装成的太阳能电池效率最佳。对应的禁带宽度为3.77 e V,能更多地透过太阳光供钙钛矿层吸收,同时载流子浓度达到1015的数量级。组装后的钙钛矿电池具有良好的电化学性能。2、以醋酸铜为铜源,KOH为pH调节剂,采用溶液法制备氧化铜。将其用作空穴传输材料。组装成氧化铜-钙钛矿电池与铟酸铜-钙钛矿电池的性能进行对比。采用XRD对CuO的相组成和晶体结构进行表征;利用UV-vis计算CuO薄膜的禁带宽度;通过M-S测试计算CuO薄膜的平带电位和载流子浓度;最后组装成电池进行LSV测试。测试结果显示CuO禁带宽度为1.56 e V,载流子浓度为1.06×1013 cm-3。3、以醋酸纤维素CA和糯米粉GRF作为钙钛矿薄膜的改性剂。经退火处理得到的薄膜,组装成钙钛矿太阳能电池进行LSV的测试。以测试得到的光电转换效率为依据,对钙钛矿薄膜进行单因素优化实验,确定最佳工艺为:CA:GRF为3%:2%,DMF:DMSO为1:1,退火温度为100℃,退火时间为120min。利用XRD在相组成和晶粒尺寸方面进行定性分析;利用SEM-EDS对钙钛矿薄膜的表面形貌以及元素分布进行表征;采用红外光谱测试和XPS测试探究CA和GRF对钙钛矿薄膜的改性机理;采用UV-vis研究钙钛矿薄膜的禁带宽度并且组装成电池进行LSV测试,测试结果表明改性后钙钛矿薄膜的禁带宽度值达到1.45 e V,电池转换效率达到2.88%。
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