摘 要

随着世界能源慢慢走向枯竭，发展一种新型的可再生能源成为一种必然的趋势，近些年来各大国家都在不断搜寻维持地球能源可持续发展的手段，因此作为可以替代化学能源的更多新兴能源的出现，比如：风能，水能，核能，地热能，生物质能以及太阳能等等。太阳光作为一种取之不尽用之不竭的能源，近几十年来在研究二次能源的进展中得到了重大的关注。

开发太阳能的一个重要手段就是开发太阳能电池，钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，近些年来得到了重大的关注。N掺杂还原石墨烯，具有良好的导电性和空穴性，适合作为太阳能电池的空穴传输层。本论文针对传统空穴传输材料的问题，以N掺杂石墨烯作为新型空穴传输层增强钙钛矿太阳能电池的光电性能。具体研究内容如下：

采用水热还原法制备N掺杂石墨烯，由于还原石墨烯具有良好的导电性，将其应用于钙钛矿太阳能电池中作为空穴传输层和正极,并且进行了光电转换测试。结果表明，掺杂了N的石墨烯作为空穴传输层对太阳能电池的性能具有加强作用。在一定范围内N掺杂比例越高，N掺杂石墨烯含量越多，太阳能电池的性能也会有改变。本文采用了掺杂的还原石墨烯作为空穴传输层，提高了电池的性能，其中掺杂了石墨烯的钙钛矿电池性能最高达到了3.4169%，比未制备N掺杂石墨烯作为空穴传输层的钙钛矿电池性能提高了2.0703%，为其他掺杂还原石墨烯的研究提供了新思路。

本文首次采用掺杂石墨烯作为钙钛矿电池的空穴传输层，为以后其他类型的掺杂石墨烯的改性及应用提供了一条新的道路。

关键词：N-掺杂石墨烯;水热还原;空穴传输层;光电性能。

Abstract

With the development of the world's energy is going to die slowly, a new type of renewable energy to become an inevitable trend. In recent years the major countries are constantly searching for some means to maintain the sustainable development of the earth's energy, so more new energy as an alternative to chemical energy have come to the world, such as Wind power, hydropower, nuclear energy, geothermal energy, biomass energy and solar energy and so on. Sunlight as a kind of inexhaustible energy, in recent decades in the progress of the study of secondary energy receive significant attention.

An important means development of solar energy is the of development of solar cells, and perovskite solar cells as a new type of solar cells, obtained the significant attention in recent years. N doped graphene, good conductivity and holes, is suitable for the hole transport layer as the solar cell. This paper aimed at the problem of traditional hole-transporting materials, with N doped graphene as a new type of hole transport layer reinforced perovskite photoelectric properties of solar cells. The concrete research content is as follows:

We Synthetize N doped graphene by using hydrothermal reduction, Due to the reduction of graphene had good electrical conductivity, applied to the perovskite solar cells as a hole transport layer and the anode, and The photoelectric conversion tests were carried out. The results showed that the doped N of graphene as a hole transport layer had strengthening effect on the performance of solar cells.Within a certain range of N doping ratio was higher, the more N doped graphene contented, the performance of solar cells also had changed. This article adopted the reduction of the doped graphene as a hole transport layer, can improve the performance of the battery. These doped graphene perovskite battery performance reached 3.4169%, the highest than the preparation of N doped graphene as hole transport layer of perovskite battery performance increased by 2.0703%, provided a new way of thinking for other doped graphene research.

This article first used the doped graphene as hole transport layer of perovskite batteries, provides a new path for other types of doping modification of graphene and the application.

Key words：N doped grapheme; hydrothermal reduction; hole transport; photoelectric property

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1世界能源危机及太阳能电池 1

1.2钙钛矿太阳能电池 1

1.2.1钙钛矿太阳能电池的基本结构 1

1.2.2钙钛矿电池的工作机理 3

1.2.3钙钛矿电池的研究进展 4

1.3钙钛矿太阳能电池空穴传输层的研究进展 5

1.4掺杂石墨烯的改性和应用 6

1.5本论文的研究意义及主要研究内容 6

第二章 以N掺杂石墨烯作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池 8

2.1实验试剂和仪器 8

2.1.1实验试剂 8

2.1.2实验仪器 9

2.2样品制备和表征及性能的测试 9

2.2.1N掺杂石墨烯的制备 9

2.2.2以N掺杂石墨烯作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备及方法的选择 9

2.2.3制备不同N掺杂含量石墨烯作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池 11

2.2.4N掺杂石墨烯以及钙钛矿太阳能电池的表征 12

2.4.5以N掺杂石墨烯作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的性能测试 12

第三章 结果与讨论 13

3.1 N掺杂石墨烯结构分析 13

3.1.3N-掺杂石墨烯的X射线粉末衍射分析 13

3.1.2N掺杂石墨烯的扫描电镜分析 13

3.1.3N-掺杂石墨烯的紫外-可见漫反射光谱分析 15

3.2钙钛矿电池结构分析 15

3.2.1钙钛矿电池的光学图片分析 15

3.2.2钙钛矿电池的紫外-可见漫反射分析 16

3.3钙钛矿太阳能电池的性能分析以及阻抗谱分析 17

3.4以N掺杂石墨烯作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池机理分析 19

第四章 结论与展望 20

4.1结论 20

4.2展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1世界能源危机及太阳能电池

人类的能源利用经历了从薪柴时代到煤炭时代,再到油气时代的演变, 在能源利用总量不断增长的同时,能源结构也在不断变^[1]。一直以来人类所使用的能源中的80%都是由矿物燃料所提供的^{[2, 3]}，随着世界能源消耗的加剧和石油能源的减少，推动了世界可再生能源的发展^[4]。中国能源安全存在巨大隐患，主要包括：整个能源的使用效率低；消费结构不尽合理,能源的消费主要以煤炭为主；石油对外依存度2010年已经达到55%等^[5]。

近些年来各大国家都在不断搜寻维持地球能源可持续发展的手段，因此作为可以替代化学能源的更多新兴能源的出现，比如：风能，水能，核能，地热能，生物质能以及太阳能等等。我国古代很早就有小规模可再生能源的应用，像利用风车粉、利用高山流水带动水车臼米磨粉、利用水流伐木运输、利用阳光烘干食品。随着科学技术的发展，水力发电在世各地如雨后春笋迅速发展。