钙钛矿太阳能电池SnO2介孔层的制备开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

近年来,钙钛矿太阳能电池发展迅速,在2013年《Science》评为国际十大科技进展之一。到现在为止,国际认证的钙钛矿的效率已经高达22.1%。并且还在向着更高的效率去发展。其具有原材料来源丰富,制备工艺简单,光电转换效率高等优点,因此具有很高的商业价值[1]。

在电池中电子传输层起到阻挡空穴传导电子从而减少复合的作用,是钙钛矿太阳能电池的关键的部分,其中与TiO2相比,SnO2具有更高的电子迁移率有利于减小串联电阻提高电池性能。SnO2 的导带较TiO2低,有利于电子从钙钛矿注入到电子传输层中。同时SnO2比TiO2禁带宽度大,基本不吸收紫外光,基本不发生光降解有利于器件的稳定。利用钝化剂可以使钙钛矿表面结晶得到有效钝化,具有纯相结晶、无针孔、化学元素分布均一、表面势梯度小等优点,可提高其稳定性。SnO2在许多成功的最先进的钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells, PSCs)中得到了很好的研究,因为它具有良好的特性,如高迁移率,宽带隙,深导带和价带[2]。2015年,报道了第一个平面PSCs,使用低温溶胶衍生的SnO2纳米晶体电子传输层(Electron Transport Layer, ETL),其功率转换效率超过17%。从那时起,许多其他团体也报告了基于SnO2 ETL的高性能PSCs。SnO2平面PSCs目前在平面配置器件中表现最高转换效率为21.6%,接近于一直保持记录的TiO2介孔PSCs,表明它们在PSCs中具有作为ETL的高潜力[3]。应用SnO2作为ETL的主要问题是它在高温工艺中遭受退化,并且与钙钛矿相比其低得多的导带可能导致PSCs的电压损失。经过近些年不断的进步,PSCs 的光电转换效率(Photoelectric Conversion Efficiency, PCE)获得了迅速提升,但还是有急需解决的问题,比如选择各层的材料、制备方式的简化,工艺的完善以及PSCs的重复性和稳定性等。对于PSCs而言,纳米结构半导体ETL是其不可缺少的组成成分,低廉、有效的ETL是制备成本低价、性能高效的PSCs的前提条件。当前,在文献中阐述的ETL材料以来源于燃料敏化纳米晶体太阳能电池(Dye-Sensitized Solar Cells, DSSCs)的TiO2或价格不菲的富勒烯的衍生物PCBM为主要物质[3],与TiO2和PCBM相比,SnO2拥有以下非常好的优点:

(1) SnO2与其他金属氧化物类比,展示出更加快速的电子迁移率和更大的扩散系数,所以就大大地促进了电子在界面的传送速度,减少复合概率;

(2) 合成SnO2纳米结构的方式多,而且合成路线简易、成本很低。因而,理论上在PSCs中使用SnO2作为ETL,将会更加对电子的传输产生积极的作用,而且会对电荷复合的减少更加有利,对开发出制备柔性衬底的方法也会大大的促进。所以从改善条件、合成方式、机理上探讨影响SnO2基PSCs的性能因素是十分有必要的。钙钛矿光吸收层本身的构造和性质对最终的PSCs的PCE的也会产生很大的影响[4]。

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