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. 研究目的与意义(文献综述)

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;

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2. 研究的基本内容与方案

研究的基本内容

介孔层位于致密层的上方,是钙钛矿太阳能电池的可选膜层结构。介孔层的主要作用是作为钙钛矿层的支架或多孔的载体,从而有利于钙钛矿敏化剂膜层均匀和致密成膜。二氧化锡(sno2)是一种宽直接带隙n型半导体材料,在300k时带宽为3.6ev,比tio2导带位置低,有利于电子从钙钛矿注入电子传输层,研究sno2介孔层材料的制备方法,寻求最优制备方法优化电池性能。

研究目标

(1)查阅文献,掌握钙钛矿太阳能电池的原理。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,熟悉实验基本步骤,确立研究思路、技术方案和措施,完成开题报告。

第4-8周:掌握钙钛矿太阳能电池的原理、介空层的作用及介孔层的可行材料,不断熟悉基本实验步骤。

第9-12周:研究二氧化锡纳米材料的制备方法,通过多次实验寻求最优制备方法优化电池性能。

第13-15周:完成并修改毕业论文。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]wei j, zhao q, li h, et al. perov kite solar cells: promise of photovoiltaics[j]. sci sin tech, 2014, 44(8): 801-821.

[2]wu j, lan z, lin j, et al. electrolytes in dye-sensitized solar cells[j]. chemical reviews,2015, 115(5): 2136~2173.

[3]l.xiong, y.guo, j.wen, et al. review on the application of sno2 in perovskite solar cells[j]. advanced functional materials, 2018, 1802757:1-18.

[4]suematsu k, shin y, hua z, et al. nanoparticle cluster gas sensor: controlled clustering of sno2 nanoparticles for highly sensitive toluene detection[j]. acs applied materials amp;interfa ces, 2014, 6(7): 5319~5326.

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