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具有光电转换效率高、制备工艺简单和成本低廉等优势的钙钛矿太阳能电池在近几年发展迅猛,最高光电转换效率已达到22.7%。在经典钙钛矿太阳能电池中,常以TiO2作为电子传输层。ZnO半导体材料与TiO2的能级相接近,且比TiO2的电子迁移率更高、合成温度也相对较低、晶型结构更易于控制以及合成方式更多样,这些优点吸引了越来越多学者对其的关注。本文以CH3NH3PbI3为原料制备钙钛矿吸收层,以纳米结构ZnO作为电子传输层,spiro-OMeTAD作为空穴传输层,采用磁控溅射镀银制作金属电极,组装成FTO/ZnO/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Ag 的简易结构。本论文研究了纳米结构ZnO和CH3NH3PbI3制备工艺对成膜质量和电池性能的影响,提出了 ZnO型钙钛矿太阳能电池性能的优化方向与策略。主要研究内容如下:1、纳米结构ZnO的制备工艺对钙钛矿电池性能的影响研究了纳米结构ZnO制备工艺对电池性能的影响。研究结果表明:合适的ZnO薄膜厚度和退火温度可以减少载流子复合,降低旁路电流和传输电阻。当旋涂次数增加时,ZnO层阻挡空穴的能力也随之提高,但同时电子的传输阻力也会增大,这使得短路电流在某个旋涂次数下会出现极大值,然后随之降低。纳米结构ZnO薄膜的结晶质量随着退火温度的升高却越来越好,使薄膜表面缺陷越少,对减小传输电阻和电荷复合有利。但过高的退火温度导致纳米结构ZnO晶粒间隙增大,电池性能得不到改善。由此可知会有一个退火温度极大值使得制备的ZnO基钙钛矿太阳能电池能获得最优的性能。实验结论可得,当膜厚为1400 nm时(即旋涂4次)、退火温度为100 ℃时,电池器件的性能最佳,其Jsc=12.85 mA/cm2,Voc= 0.97 V,FF=0.49,PCE= 6.11%。2、CH3NH3PbI3的制备工艺对电池性能的影响研究了 PbI2旋涂转速和钙钛矿退火温度对钙钛矿电池性能的影响。实验结果显示PbI2旋涂转速对钙钛矿薄膜致密性和晶粒尺寸大小性影响显著。当以最低转速1l000rpm旋涂PbI2时,溶液受到的离心力较小,PbI2的DMF-DMSO溶液在ZnO电子传输层堆积,影响了钙钛矿薄膜表面的平整度。PbI2旋涂转速为最高2500rpm时,溶液受到的离心力较大,大部分PbI2-DMF-DMSO溶液被甩掉,所得PbI2薄膜较薄,与CH3NH3I浸泡反应后形成的CH3NH3PbI3的量较少,形成的薄膜出现较多针孔,薄膜不够致密。因此,合适的PbI2旋涂转速制备的CH3NH3PbI3薄膜对电池获得较好的Jsc和PCE至关重要;适当CH3NH3PbI3薄膜退火温度对提高结晶质量和溶剂挥发有利,一定范围内较高退火温度促进了载流子在CH3NH3PbI3光吸收层中的传输,使载流子的复合概率减小。退火温度过低时,薄膜表面残留溶剂不能完全挥发,制备出来的CH3NH3PbI3薄膜晶粒尺寸虽然较小但表面杂质较多,电池稳定性较差。退火温度过高时,CH3NH3PbI3薄膜快速分解为PbI2,其光吸收能力大大降低,严重缩短载流子的寿命,这对电池性能不利。综上两点本论文在PbI2溶液旋涂转速为1500 rpm、退火温度为90℃工艺条件下制备电池的性能最好,其Jsc=11.42mA/cm2,Voc=1.00V,FF=0.52,= PCE5.98%。3、TiO2掺杂浓度对ZnO钙钦矿太阳能电池性能的影响论文采用不同TiO2的浓度对ZnO薄膜进行掺杂处理,并以此作为电子传输材料组装了钙钛矿太阳能电池。实验结果显示TiO2的掺杂能大幅度提高电池开路电压和能量转换效率,当TiO2掺杂浓度为0.1 mol/L时,其Jsc=15.64mA/cm2,Voc=1.13V,FF=0.56,PCE=9.92%。