基于富勒烯衍生物界面修饰制备高效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)

社会科技不断进步,对能源需求与使用量与日俱增。与此同时,传统能源所引发的资源短缺和环境污染问题日趋严重。太阳能具有来源广泛、清洁安全等优点,其利用已经成为热门研究领域。而利用光伏效应,将光能直接转换为电能的太阳能电池,为太阳能的利用提供了一条有效途径。[1]目前研究工作旨在开发出成本更低、效率更高,寿命更长的太阳能电池使太阳能电池能够被更广泛的利用。其中,钙钛矿太阳能电池具有高转换效率、低制造成本、低能耗、环境友好制备等特点已成为重点研究课题,相关文献数量犹如井喷。[2]2009年至今,有机-无机复合钙钛矿太阳能电池由于其在可见光范围内的高效光捕获能力,带隙可调且具有高缺陷容忍的优点以及溶液法制备工艺的成本较低而引起了广泛的研究,甚至在几年内光电转换效率从3.8%增长到了23.7%。[3]

钙钛矿材料应用于光伏领域始于1956年人们第一次在batio3中发现了光电流。1978年weber首次在晶体结构中引入甲胺离子,形成具有三维结构的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。这种有机-无机的杂化不同于传统的杂化材料,是在分子尺度的复合,在宏观上还是均相,因此能够整合有机材料和无机材料各自性能上的优势。2009年,人们首次以ch3nh3pbi3,ch3nh3pbbr3作为染料敏化电池的敏化剂实现了4%的光伏效率。此后人们将此材料制备为2~3nm的纳米晶体引入染料敏化电池中,实现了6%以上的光点转化效率。但是以上两种电池都采用了液态电解液,而钙钛矿材料会在电解液中溶解,因而电池寿命太短,不能满足实际应用的基本要求。2011年,park等以ch3nh3pbi3为光敏化剂,通过改善工艺及优化原料组分比,成功制备了光电转化效率为6. 54%的钙钛矿太阳能电池,其结构和性能得到了一定的提升。[4]在2012年,以ch3nh3pbi3与ch3nh3pbi3-xclx为代表的钙钛矿材料实现了更高的转换效率,直至近几年光电转换效率增长到了23.3%,众多课题组通过对钙钛矿材料[5-6],沉积工艺[7],器件结构[8-9]以及n型和p型电荷传输材料的设计优化[10],钙钛矿太阳能电池取得了突飞猛进的发展。

钙钛矿材料的设计开发不断翻新,钙钛矿材料的制备方法也趋于多样,太阳能电池器件结构的设计不断优化,前景十分光明,目前采用光伏发电的国家主要有德国、日本等。[11]但是传统正置结构太阳能电池中,器件效率往往表现出“滞后性”,即器件效率在正反扫过程产生较大的差异值。

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2. 研究的基本内容与方案

材料制备:制备多种分子结构富勒烯衍生物,使制备出的富勒烯衍生物具有良好电学性能的同时具有较好的溶解性。将富勒烯衍生物应用于光伏器件中。制备以富勒烯衍生物作为界面修饰的钙钛矿型太阳能电池器件。

材料表征:利用光电效率测试系统、外量子效率测试仪测试器件的光电性能。对合成的富勒烯衍生物材料进行结构及电学性能测试,通过xrd、spm、sem、红外等表征手段对其形貌结构及元素构成进行了分析,并采用eqe、j-v测试、eis等相关电学测试技术分析其电导率,迁移率等电学性能对其改善钙钛矿太阳能电池的能力进行系统评估。

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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4-8周:制备多种分子结构富勒烯衍生物,使制备出的富勒烯衍生物具有良好电学性能的同时具有较好的溶解性。

第9-12周:将富勒烯衍生物应用于光伏器件中,利用光电效率测试系统、外量子效率测试仪测试器件的光电性能。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]闫金定,丁黎明,杨岸夫,杨涛,任红轩.钙钛矿太阳电池研究的前沿与趋势[j].科技中国,2019(01):4-6.

[2]肖立新,邹德春等.钙钛矿太阳能电池[m].北京:北京大学出版社,2016.

[3]傅琨.钙钛矿太阳能电池的研究现状和进展[j/ol].当代化工研究,2019(01):128-130

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