太阳能电池中钙钛矿薄膜热结晶和热分解研究

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能源是人类文明发展的重要推动力,近年来雾霾的出现令人担忧,又因化石燃料全球储量有限,故而寻求可再生、环境友好的新能源势在必行。“取之不尽,用之不竭”的太阳能作为未来清洁能源的首选成为当今能源领域的一大热点,而研究低成本、高效率的新型太阳能电池成为科研工作者的一大主要工作。近年来,以甲胺铅卤化合物为代表的有机无机钙钛矿太阳能电池成为该领域的新秀。为了使钙钛矿先驱液成膜并实现完美的结晶体,热处理成为制备高效钙钛矿太阳能电池的关键步骤之一。本文结合钙钛矿薄膜热结晶、热分解,分别探索了快速结晶钙钛矿薄膜的工艺和重复循环利用 PbI2制备二次钙钛矿薄膜的工艺,另外也提供了一种制备周期性同心圆半透明彩色钙钛矿电池的方法,并且均实现了高效率钙钛矿太阳电池的制备。  本论文的主要内容包括:  1.采用微波退火制备钙钛矿薄膜,实现了高湿度空气中高覆盖率的钙钛矿薄膜的制备。实验中,通过结合钙钛矿结晶所需的合适相转变温度,经原位实时监测基底温度变化趋势,采用功率时间双控来调节钙钛矿薄膜的生长,最终实现了退火时间由传统加热板退火所需时间90 min减少到5 min,同时克服了钙钛矿制备过程对湿度的高度敏感,提供了一种节能、高效的制备钙钛矿太阳能电池的新方法。  2.采用简单的热分解实现对钙钛矿薄膜中碘化铅的原位回收,并循环利用基底及回收的PbI2层进行钙钛矿电池的二次制备,不仅实现了基于原位回收的多孔层PbI2制备的电池接近15%的光电转化效率,而且避免了铅对环境的污染、降低了能源的损耗。  3.通过对 CH3NH3I溶液浓度的调节,发现可以制备出环状钙钛矿薄膜形貌,实现半透明的彩色钙钛矿电池制备。通过进一步控制基底温度和滴涂高度,探究了环状图案的形成原理及该钙钛矿薄膜的形貌特征,提供了一种图案化彩色电池的制备方法。
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