【摘 要】
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20世纪以来,科技迅速发展,人们对石油、煤炭等能源的需求量日益增加。传统化石能源面临资源枯竭和引发严重环境污染等问题,太阳能储量丰富、清洁无污染,太阳能的高效利用是解决世界能源问题的潜在方案,太阳能电池直接将太阳能转化为易于储备和传输的电能,是太阳能利用的一项重要技术。目前的研究热点是钙钛矿太阳能电池和量子点敏化太阳能电池等新型光伏器件。近年铅基钙钛矿太阳能电池已经取得很高的效率,但其毒性和不稳定
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20世纪以来,科技迅速发展,人们对石油、煤炭等能源的需求量日益增加。传统化石能源面临资源枯竭和引发严重环境污染等问题,太阳能储量丰富、清洁无污染,太阳能的高效利用是解决世界能源问题的潜在方案,太阳能电池直接将太阳能转化为易于储备和传输的电能,是太阳能利用的一项重要技术。目前的研究热点是钙钛矿太阳能电池和量子点敏化太阳能电池等新型光伏器件。近年铅基钙钛矿太阳能电池已经取得很高的效率,但其毒性和不稳定性成为了其商业化的最大阻碍。科研人员将目光转向无铅、低毒的新材料的开发,碘化铯铋钙钛矿材料就引起了广泛的关注。另外,基于液态电解质的量子点敏化太阳能电池电解液的泄漏、挥发严重,寻找一种环保稳定的固态电解质来代替电解液也一个研究热点。本文以碘化铯铋钙钛矿材料为研究对象,通过在碘化铯铋薄膜与TiO2电子传输层界面引入CdS量子点,提高碘化铯铋薄膜质量,优化钙钛矿太阳能电池的性能;另外采用碘化铯铋薄膜作为固态电解质,制备全固态量子点敏化太阳能电池;最后尝试采用电沉积法制备碘化铯铋钙钛矿薄膜并对其进行表征。（1）采用在TiO2电子传输层上修饰CdS量子点的方法,以提高碘化铯铋（Cs3Bi2I9）钙钛矿薄膜质量。经过优化一系列制备工艺,发现采用CdS量子点敏化TiO2薄膜8次后,继续在其表面旋涂钙钛矿前驱液Cs I与Bi I3的比例为1:3时,组装成电池的光电性能最佳。开路光电压约为0.42 V,短路光电流密度提升至1.47 m A cm-2,光电转换效率提升至0.22%,与未引入CdS量子点修饰层的电池相比,光电转换效率提高了约一倍。通过SEM可以看到在Cs3Bi2I9与TiO2薄膜界面处引入CdS量子点,明显提高了Cs3Bi2I9薄膜的致密度和平整性。本实验尝试采用CdS量子点修饰TiO2电子传输层以提高碘化铯铋薄膜质量,为进一步提升其光电性能提供了有效可行的想法。（2）选用碘化铯铋钙钛矿薄膜作为固态电解质,研究了其在量子点敏化太阳能电池中的性能。采用CdS量子点敏化的TiO2光阳极,调整钙钛矿前驱液Cs I与Bi I3的摩尔比,优化加热温度以及敏化次数。组装为完整的电池进行I-V测试,当Cs I与Bi I3的比值为1:2,加热温度为105℃,敏化次数为8次时。以碘化铯铋薄膜作为固态电解质的全固态量子点敏化太阳能电池开路光电压和短路光电流密度等光电性能最佳,分别为0.54 V和14.99 m A cm-2,PCE达到2.39%,填充因子为31.4%。通过SEM可以看到在CdS敏化的TiO2薄膜表面制备的碘化铯铋钙钛矿薄膜中可能存在圆滑颗粒状Bi I3,其下面形成了平整致密的钙钛矿薄膜,比未敏化TiO2薄膜表面制备的碘化铯铋钙钛矿薄膜更致密和均匀。本实验尝试了使用碘化铯铋钙钛矿薄膜作为固态电解质,为进一步提升碘化铯铋钙钛矿薄膜质量及制备全固态量子点太阳能电池提供了可行的想法。（3）利用电沉积技术制备表面均匀,致密度高的Bi2O3薄膜,再通过HI酸和DMF混合蒸气处理制备Bi I3薄膜,通过XRD表征,证明在Bi I3薄膜上旋涂不同次数的Cs I甲醇溶液可以获得碘化铯铋钙钛矿薄膜(Cs3Bi2I9和Cs Bi3I10)。通过SEM看到,控制电沉积时间可以调控Bi2O3纳米片的尺寸大小、平整度和致密度;生成的Bi I3纳米颗粒大小均匀,但薄膜不致密存在缝隙,并出现晶体颗粒叠加的情况;旋涂1次Cs I甲醇溶液时,可以看到生成的Cs Bi3I10钙钛矿薄膜,其表面钙钛矿晶粒大小不均匀,晶块颗粒上下叠加;旋涂3次Cs I甲醇溶液时,生成Cs3Bi2I9钙钛矿薄膜,片与片之间尺寸大小不同,上下叠加,且有的六边形薄片垂直插在了TiO2基底上。该实验中,采用电沉积法制备表面均匀的Bi2O3薄膜,通过含碘蒸汽处理制备Bi I3薄膜,并获得碘化铯铋钙钛矿薄膜。为使用电沉积法制备Cs3Bi2I9以及Cs Bi3I10钙钛矿太阳能电池提供了可能性。
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