静电喷射法制备二氧化钛薄膜及钙钛矿太阳能电池的研究

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钙钛矿太阳能电池是一种使用有机无机杂化材料作为光吸收层的新型太阳能电池,目前其光电转换效率已经突破了20%,是当前最具前景的太阳能电池。液相法制备钙钛矿太阳能电池是当前研究的热点,也是未来产业化批量制备这种新型电池的主要研究方向,有望克服当前主流的硅基太阳能电池成本过高的缺点,真正实现太阳能的低价有效应用。静电喷射法是一种利用静电力使液体雾化成细小的液滴喷射出来的方法,是一种新兴的微纳结构制备技术,具备低成本、可制备大面积样品、可用于柔性衬底等优点,特别适用于产业化生产。本文主要探索了使用静电喷射法制备钙钛矿太阳能电池的技术路径,并与传统的旋涂法进行了对比,为后续的进一步研究开辟了道路。首先,搭建了静电喷射系统,并进行了二氧化钛溶胶的喷射。对采用不同参数制备的薄膜进行了表征,研究了喷射参数对于二氧化钛薄膜形貌的影响。通过优化喷射参数,分别制备了连续致密的二氧化钛薄膜,用于钙钛矿太阳能电池的阻挡层;以及密集多孔的二氧化钛颗粒网络,用于钙钛矿太阳能电池的介孔层。然后,使用静电喷射法制备的阻挡层和介孔层用于制备完整的钙钛矿太阳能电池中,并使用传统的旋涂法制备了对比用的钙钛矿太阳能电池。在制备过程中旋涂了钙钛矿光吸收层和空穴传输层,蒸镀了银电极,并对各功能层的制备参数进行了简单的优化。最后,测试了所制备的钙钛矿太阳能电池的主要光电性能,包括伏安特性和IPCE等,并对两种方法制备的电池进行了比较和分析。测试结果显示,静电喷射法可用于制备钙钛矿太阳能电池的阻挡层和介孔层,用此方法制备的电池的光电性能可以与使用传统的旋涂法制备的电池相比拟,其光电转换效率可以达到8.29%。
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