【摘 要】
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本文将贵金属核壳纳米材料引入到钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层,借助贵金属核壳纳米材料独特的局域表面的等离子体共振效应,对钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性进行了一定程度上的改善,最终获得了性能优异的钙钛矿太阳能电池。论文主要研究结论如下:（1）基于Mie理论和FDTD Solutions仿真软件计算了壳层厚度对Ag@SiO2核壳纳米球的散射效应和局域表面等离子体共振效应的影响。结果表明,随着壳层厚度的
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本文将贵金属核壳纳米材料引入到钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层,借助贵金属核壳纳米材料独特的局域表面的等离子体共振效应,对钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性进行了一定程度上的改善,最终获得了性能优异的钙钛矿太阳能电池。论文主要研究结论如下:（1）基于Mie理论和FDTD Solutions仿真软件计算了壳层厚度对Ag@SiO2核壳纳米球的散射效应和局域表面等离子体共振效应的影响。结果表明,随着壳层厚度的增加,其散射效应会逐渐增强,而局域表面等离子体共振效应会逐渐减弱。为了评估其对钙钛矿太阳能电池性能的整体影响,通过FDTD Solutions仿真软件获得了加入有不同壳层厚度Ag@SiO2核壳纳米球的CH3NH3Pb I3薄膜的光吸收谱。结果表明,随着壳层厚度的增加,Ag@SiO2核壳纳米球对CH3NH3Pb I3薄膜光吸收的增强会逐渐降低。（2）将实验制备的Ag@SiO2核壳纳米球按照质量比0.1 wt%引入到钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层中,通过SEM、XRD、紫外可见分光光度计、荧光光谱仪和电化学测试等手段研究了Ag@SiO2核壳纳米球的壳层厚度对钙钛矿太阳能电池光学性能、电学性能和钙钛矿层成膜质量的影响。结果表明,当壳层厚度增加时,Ag@SiO2核壳纳米球对钙钛矿太阳能电池光学性能的增强会降低,对电学性能的增强会升高,对钙钛矿层成膜质量的增强会先升高后降低。壳层厚度为5 nm时,钙钛矿太阳能电池的各项性能达到最佳:开路电压略有提升,由普通电池的1.01 V提升到了1.05 V,短路电流密度由21.96 m A/cm~2提升到了23.17 m A/cm~2,填充因子由59.16%提升到了62.75%,光电转化效率由13.14%提升到了15.25%。电池性能的提升主要来源于钙钛矿层光吸收能力的增强、载流子复合率的降低和成膜质量的提升。（3）为了研究壳层亲疏水性对钙钛矿太阳能电池性能的影响,将直径为50nm的SiO2纳米球按照质量比0.1 wt%引入到钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层中,通过SEM、XRD、J-V曲线、傅里叶红外光谱仪和电化学测试等手段研究了核壳纳米球表面亲疏水性对钙钛矿太阳能电池的成膜质量、光电性能和稳定性的影响。结果表明,亲水型纳米壳层可以增强钙钛矿太阳能电池的成膜质量和光电性能,但是会降低钙钛矿太阳能电池的稳定性;疏水型纳米壳层可以增强钙钛矿太阳能电池的稳定性,但是会降低钙钛矿太阳能电池的成膜质量和光电性能。
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