有机/无机杂化钙钛矿太阳电池的研究

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近年来,作为可再生清洁能源,太阳能发展迅速,而太阳电池是利用太阳能的一种有效方式。CH3NH3PbI3等有机/无机杂化钙钛矿由于具有高摩尔消光系数,较宽的光谱吸收范围和制备工艺简单等特点,在太阳电池领域作为光吸收材料应用逐渐增多。钙钛矿太阳电池目前的光电转换效率已经达到了15.9%,有望取代传统半导体太阳电池[1]。有机/无机杂化钙钛矿和空穴传输材料是钙钛矿太阳电池的重要组成部分。本文运用两步连续沉积法制备了CH3NH3PbIxBr3-x太阳电池和CH3NH3PbI3太阳电池。另外,制备了多壁碳纳米管/聚(3-己基噻吩-2,5-二基)复合空穴传输材料用于制备钙钛矿太阳电池。  在本论文中,采用两步连续沉积法制备了CH3NH3PbIxBr3-x太阳电池和CH3NH3PbI3太阳电池,并对其光电性能进行了表征。优化的CH3NH3PbI3太阳电池的光电转换效率为9.2%,而优化的CH3NH3PbIxBr3-x太阳电池光电转换效率为1.44%。另外,我们采用了扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等测试方法和手段对电池制备过程中的微观结构进行了表征。  采用价格低廉和合成工艺简单的聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)作为钙钛矿太阳电池的空穴传输材料,但光电转换效率较低。为了进一步改善这种太阳电池的光电性能,我们采用多壁碳纳米管(MWNTs)掺杂改性P3HT。研究发现,MWNTs能够诱导P3HT的结晶,增强其有序性,进而增强其电导率。通过高分辨透射电镜可以看到在MWNTs的管壁上排列有P3HT的亚微米晶粒。另外,电子衍射花样被用于进一步证实这一现象。最终基于MWNTs/P3HT复合空穴传输材料的太阳电池取得了比P3HT更高的填充因子和光电转换效率。  此外,为了阐明电池内部电荷传输机理,采用交流电化学阻抗谱对钙钛矿电池进行了表征。研究表明,掺入多壁碳纳米管后的太阳电池的电荷转移电阻较大,因而表明P3HT-MWNTs与TiO2的界面复合电阻比P3HT与TiO2界面复合电阻小,在P3HT中加入碳管后加速了电子向导电玻璃FTO的转移,并减缓了TiO2与P3HT之间的电荷复合,最终导致电池的填充因子和光电转换效率得到较大程度的提高。
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