柔性钙钛矿太阳能电池中FAXMA1-XPbI3光吸收层的制备与光电性能研究开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

近年来,随着人口数量的急剧增加和工业化进程的不断加快,人类对于能源的需求正在不断加剧。能源危机和环境污染问题已经成为阻碍各国经济发展的首要问题,也是各国首要的关注点。太阳能取之不尽、用之不竭,是真正意义上的清洁能源。因此,研究出高效的能量转换器件,提高光能到电能的转换效率,是解决能源危机和环境污染的一种有效途径。

太阳能储能丰富、无污染、无辐射,是理想的新能源。到目前为止,太阳能电池已经经历了三代的发展,以钙钛矿太阳能电池为代表的第三代太阳能电池造价低廉、光电转化效率高,是最有潜力的新能源材料,得到国内外科研人员的广泛关注[1]。2009年,钙钛矿太阳能电池首次被提出,miyasaka等首次将ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbi3作为光敏剂制成染料敏化太阳电池,效率达到3.8%[2],这一实验的成功奠定了钙钛矿太阳电池发展的基础。2011年,韩国nam-gyupark课题组对实验方案进一步改进和优化,制备出ch3nh3pbi3量子点, 使得光电转换效率增加至6.54%[3]。但是由于部分金属卤化物在液态电解质中发生了溶解,使得电池的稳定性和使用寿命大大降低。2012年,michael grtzel领导的韩国成均馆大学与洛桑理工学院实验室将一种空穴导体材料引入到钙钛矿太阳能电池中,使得电池效率提高到接近10%[4]。随后,通过对工艺不断优化,电池的转换效率进一步提高至15%。2013年牛津大学henrysnaith采用al2o3取代tio2,使钙钛矿材料同时成为光吸收层和传输电荷的半导体材料取得了15.4%的转换效率[5]。2015年,韩国化学技术研究所sang ilseok课题组将钙钛矿太阳能电池效率提高到20.1%[6]。目前,其光电转换效率已经飞速增长到22%以上,已经接近单晶硅太阳能电池的效率值[7]。相比其它类型太阳能电池,这种新一代太阳能电池以其高转换效率、结构工艺简单、加工成本低等特点,对太阳能电池的探索产生巨大的影响。

但是,高性能钙钛矿光伏器件一般以刚性玻璃作为衬底,这种玻璃衬底有着质量大、易破碎、不利于大面积生产、不利于降低成本等缺点。为了解决这些问题,研究者们研究并发展了柔性钙钛矿太阳能电池。柔性钙钛矿太阳能电池采用柔性材料作为衬底,并在该衬底上制备器件。相比传统玻璃衬底,柔性钙钛矿光伏器件的可挠性和电池产品的轻量化特点,使其成为可穿戴光伏产品和柔性产品的理想选择之一。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

材料制备:通过一步反溶剂法制备faxma1-xpbi3钙钛矿光吸收层,组装柔性钙钛矿太阳能电池,研究不同fa与ma比例对电池光电性能的影响。

材料表征:对实验所制得的柔性钙钛矿太阳能电池进行光电转化性能测试,通过tem、sem、xps、红外等表征手段对其形貌结构进行表征并分析。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。

第4-5周:按照设计方案,确定切实可行的实验技术路线,了解相关表征与测试方法,完成开题答辩。

第6-9周:完成柔性钙钛矿太阳能电池的制备与表征。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] 黄楚涵. 碳基钙钛矿太阳能电池光吸收层的研究现状[j]. 当代化工研究, 2018(12): 141-142.

[2] kojima a, teshima k, shirai y,et al. organometal halide perovskites as visible-light sensitizers forphotovoltaic cells[j]. journal of the american chemical society, 2009, 131(17):6050-6051.

[3] im j h, lee c r, lee j w, etal. 6.5% efficient perovskite quantum-dot-sensitized solar cell[j]. nanoscale, 2011,3: 4088-4093.

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