高效钙钛矿太阳能电池的制备与研究

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有机-无机卤化物钙钛矿具有许多显着的性能如高消光系数,超长的载流子扩散长度和良好的溶液加工性等,成为光伏电池器件中的新星。钙钛矿太阳能电池作为第三代新型太阳能电池也因其具有制备过程简单,光电转换效率高等优点而受到研究者的青睐,成为近年来可再生能源研究的热点,在短短的几年时间,其光电转换效率从最开始的3.8%已经提高到22.7%。目前对钙钛矿太阳能电池的研究主要有以下几个方向:改善电池结构来提高光电转化效率(PCE)、改进工艺来降低器件的生产成本、大面积器件的组装来应对工业化的生产、提高电池的稳定性、寻找可应用于钙钛矿太阳能电池的新材料等。本文主要从电子传输材料的研究和工艺优化降低生产成本两个方面入手。主要研究内容:(1)太阳能电池双面受光技术是指太阳能电池前后两面的电极均可透过太阳光用于发电。这种创新可以增加对光辐射的利用,实现光伏建筑一体化。与单面太阳能电池相比,这种电池器件可以在不增加成本的条件下增加单位面积的电流密度,提高太阳能的利用率。在本课题中,我们主要是通过严格控制金属电极的蒸镀条件来调控钙钛矿金属电极的厚度实现双透光钙钛矿太阳能电池(BTPSCs)器件的制备,并进行了一系列的表征(包括透光率测试、方块电阻测试等)。结果表明,当对电极厚度为10 nm时,得到的电池效率最高。另外,我们也考察了光强度和放置角度对双透光钙钛矿太阳能电池的影响,通过优化工艺条件,增加对环境光的利用,最终实现在降低生产成本的同时提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。(2)电子传输层是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,在电池中主要起到传输电子和阻挡空穴的作用,它的存在可以有效地避免电子空穴在钙钛矿层与电子传输层界面的复合,提高电池的光电转化效率。在本文中,我们通过简单的溶液法,在FTO上原位合成了SnS2纳米材料,这种材料有很多优异的光电特性,如较快的电子迁移率、合适的禁带宽度等,因此适合作为钙钛矿太阳能电池的电子传输层。我们首先对合成的纳米材料进行了一系列的表征,包括XRD、SEM、EDS、TEM等,结果表明制备出的SnS2纳米片结晶性较好,其片状材料直径在50-60 nm之间,厚度在10 nm左右。另外我们探究了不同的生长时间对电子传输层表面形貌、厚度以及钙钛矿太阳能电池各参数的影响,并且通过PL和EIS测试进一步验证了不同反应时间下的SnS2薄膜对电子传导的影响,通过优化反应时间,最终获得了13.63%的光电转化效率。
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