全无机钙钛矿材料晶体生长过程的成膜工艺优化开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

随着全球人口的不断增长,人类社会需要越来越多的能源来满足生存和发展的需要。化石燃料的大量使用,造成了雾霾、酸雨和水质污染等严重的环境问题,对人们健康形成了巨大威胁。因此,寻找清洁可再生的能源成了各国政府的当务之急。太阳能因其取之不尽用之不竭的丰富储量、不需要长途运输可以就地取材的便利特点,以及在开发利用过程中无噪音、废水和废弃物等环境污染物产生等优点,得到了世界各国政府的大力支持。

钙钛矿太阳能电池是从染料敏化太阳能电池发展而来。但和传统太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池具有成本低、能带较窄、吸光系数高、载流子迁移率高以及易于封装和规模化生产等一系列显著的优点,自诞生以来在太阳能电池研究领域成为备受瞩目的焦点。

2009年,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%,奠定了钙钛矿太阳电池发展的基础。2011年,park等人通过优化ch3nh3pbi3和tio2 的制备工艺,获得了6.5%的效率,但仍然使用液体电解质,10分钟后电池效率已衰减80%。为了解决此问题,2012年,gr#228;tzel和park等人首次用固态spiro-ometad作为空穴传输层,制成了固态钙钛矿太阳电池,效率达9.7%。snaith等人用al2o3代替tio2,用ch3nh3pbi2cl作吸光层,效率达10.9%。2013年,gr#228;tzel等人改进了原有的一步法,采用两步连续沉积法制得的钙钛矿太阳电池的效率达15%。同年9月,snaith等人采用双源蒸汽法制得平面异质结钙钛矿太阳电池,获得 15.4%的能量转换效率。2014年,华中科技大学韩宏伟等人采用全印刷方式制备无空穴传输层,用碳作电极的介孔结构钙钛矿太阳电池,其效率达到12.8%。yang yang等人进一步改进了钙钛矿结构层,采用过掺y修饰tio2层作电子传输材料,使钙钛矿太阳电池效率达到19.3%。2015年,seok等人采用一种分子内交换的方法制备了以fapbi3 为吸光材料的钙钛矿太阳电池,获得20.2%的效率。seok等人还改进了传统的溶液旋涂工艺,用滴涂的方法将甲苯滴在丁内脂和二甲基亚砜上,获得了致密均一的钙钛矿薄膜,实现了16.2%的能量转换效率。2016年,韩国化学研究所(krict)与韩国蔚山科技大学(unist)共同开发的钙钛矿电池,效率更是达到了22.1%,成为目前能量转换效率最高的钙钛矿太阳电池。

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 研究的基本内容

无机-有机杂化钙钛矿太阳能电池显示出强的光吸收(1.5 ev的带隙)和双极特性(光电子和载流子质量),具有结构简单、能量转换率高、低成本以及温和条件制备等优点,但是其光化学稳定性和热稳定性差,这对于光伏应用来说是一个严重的缺陷。而全无机钙钛矿太阳能电池具有优异的化学及热学稳定性,可以在相对湿度90%以上的空气环境中保持稳定,并且还具有良好的光伏性能。但是其相变温度过高,在大气环境下结构不稳定且制备难度较大,另外其禁带宽度大,在很大程度上限制了其光电转换效率。因此研究主要是来改善全无机钙钛矿材料的这两个缺点。

2.2 研究的目标

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3. 研究计划与安排

第1-3周:根据课题要求,查阅相关文献资料,确定课题研究方向,了解全无机钙钛矿太阳能电池与有机-无机杂化钙钛矿相比有什么优缺点,并对全无机钙钛矿的成膜工艺有明确认识,设计相应的优化方案,完成开题报告。

第4-6周:完成英文文献的翻译工作,进一步梳理并完善优化工艺理论方案,明确全无机材料三种晶相的研究过程,并推导其中可能有哪些影响因素。

第7-10周:完成具体实验,在低温环境下,利用添加剂hi,形成黑色cspbi3膜,记录过程中遇到的问题,并分析其图谱,进而通过反复试验解决问题,初步完成成膜工艺的优化过程。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1] kojima a, teshima k, shirai y, et al.organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cells[j]. journal of the american chemical society, 2009, 131(17): 1-1.

[2]lee m m,teuscher j,miyasaka t,et al.efficient hybrid solar cells based on meso-superstructured organometal halide perovskites[j].science.2012,338(6107): 1–2.

[3] burschka j, pellet n, moon s,et al.sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells[j].nature.2013,499(7458):2–2.

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