表面改性钙钛矿薄膜用于钙钛矿太阳能电池开题报告

 2020-02-10 10:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

能源在国民经济中起着重要的作用。但是,我们使用的大多数能源都是石油、煤炭、天然气这些不可再生的化石燃料,其形成需经上万年时间,且储存量有限。使用化石燃料还会加剧环境污染和温室效应。因此人们将目光投向了可持续发展的清洁能源。太阳能,具有无需燃料、无污染物、可以直接使用的优点,光伏器件正在迅猛地发展应用。在2009年,人们才开始研究钙钛矿太阳能电池。短短10年,光电转换效率得到大幅度提高。制备成本低、光电转化效率极高的优点,使钙钛矿太阳能电池有广阔的发展前景。

钙钛矿层作为器件的光吸收层,在钙钛矿太阳能电池中至关重要。本选题对钙钛矿薄膜进行表面改性,可以增大晶粒尺寸,进而提高光电效率。深入了解表面改性对促进钙钛矿层结晶、器件载流子传输都具有非常重要的意义。选题研究的内容围绕着清洁的可再生能源,使制备器件成本尽可能低,性能尽可能好,以满足可持续发展的环境友好型社会的要求。

研究现状分析:成本较低、性能优异、制备简易的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在新一代光伏太阳能电池中备受关注。在2009年,miyasaka将钙钛矿材料首次应用到染料敏化太阳能电池器件中,光电转化效率(pce)只有3.8%,此后,钙钛矿材料在光伏领域中的研究十分火热。2012年8月,第一块全固态钙钛矿太阳能电池诞生,park等通过引入spiro-ometad作为固态空穴传输层取代液态电解质,光电转换效率达到9.7%,器件的稳定性也得到很大的提升。2012年,snaith等用绝缘的介孔al2o3替代介孔氧化钛,制备的器件效率为10.9%。一年后,snaith等进一步去除了介孔al2o3层,直接在氧化钛致密层上沉积钙钛矿吸光层,制备出第一块正式平面结构的钙钛矿太阳能电池,器件效率达到15.4%。与正式平面结构相比,反式平面结构钙钛矿太阳能电池的空穴传输层位于导电基底的上方。反式太阳能电池迟滞效应可以忽略不计,性能稳定,因而得到了快速的发展。2013年,jeng等人采用pedot:pss为有机空穴传输层,钙钛矿ch3nh3pbi3和富勒烯分别为光吸收层和电子传输层,取得了3.9%的电池效率; 2015年,chen等用li0.05mg0.15ni0.8o为无机空穴材料,钙钛矿ch3nh3pbi3和pcbm、-tinbox分别为光吸收层和电子传输层,取得了16.2%的大面积(1.02cm2)钙钛矿太阳能电池认证效率,几乎没有迟滞效应。

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2. 研究的基本内容与方案

基本内容:钝化钙钛矿材料内部和表面缺陷,减少复合损失是进一步提高器件效率的重要步骤。研究。通过表面改性合成钙钛矿薄膜,并表征其物性。制备相应的钙钛矿太阳能电池器件,测试其性能。

目标:进行表面改性的钙钛矿薄膜,晶粒尺寸增大,电学性质得到改善。相应的钙钛矿太阳能电池器件,能量转换效率得到提高。

技术方案及措施:分割fto玻璃,并进行刻蚀、清洗。制备nio前驱液喷涂至导电基底上。配置mapbi3钙钛矿溶液,将配置好的钙钛矿溶液旋涂在空穴传输层上,并采用无水乙醚作为溶剂萃取钙钛矿晶体,放置在热台上加热退火。(进行表面改性的钙钛矿薄膜制备时,不在热台上加热,将钙钛矿薄膜放入反应釜中,加入反溶剂浸没,加热反应釜一段时间,促进晶体结构的生长。)利用x射线衍射仪对材料进行结构(物相、结晶性)分析;通过sem进行形貌及微结构分析。评价表面改性对材料物相、结晶性、晶粒尺寸、形貌的影响。继续制备电子传输层,蒸镀电极,完成器件。测试器件的光电流-光电压曲线(am1.5)等,对比其性能。

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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4-6周:按照设计方案,合成基本结构的钙钛矿材料,制备标准结构的钙钛矿太阳能电池器件,并使用xrd、sem等分析测试手段进行表征。

第7-9周:按照设计方案,合成表面改性的钙钛矿材料,制备基于改性材料的钙钛矿太阳能电池器件,并使用xrd、sem等分析测试手段进行表征,与之前的标准材料、器件进行对比分析。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] nakazaki j , segawa h . evolution of organometal halide solarcells[j]. journal of photochemistry and photobiology c: photochemistry reviews,2018:s1389556717300631.

[2] xiao j , shi j , li d , et al. perovskite thin-film solar cell:excitation in photovoltaic science[j]. science china chemistry, 2015,58(2):221-238.

[3] chen w , wu y , yue y , et al. efficient and stable large-areaperovskite solar cells with inorganic charge extraction layers[j]. science,2015:science.aad1015.

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