基于碳电极P-N结构钙钛矿太阳电池的研究

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近年来,有机-无机卤化铅钙钛矿太阳电池的研究取得了突破性进展,公证记录电池效率(PCE)已为22.1%,与CdTe薄膜电池(认证记录电池效率22.1%)和Cu InGaSn(CIGS)(认证记录电池效率22.3%)薄膜电池技术相媲美,已经接近于市场上主导地位的晶体硅太阳电池(约25%)。有机-无机卤化铅钙钛矿太阳电池已成为光伏领域的研究热点之一。本论文主要以有机/无机杂化钙钛矿电池器件(PSCs)为研究对象,从制备工艺和钙钛矿材料的选择入手,采用FTO/c-TiO2/m-TiO2/(CH3NH3PbI3)/m-Al2O3(CH3 N H3PbI3)/Carbon结构的PSC,通过优化,制备出性能优异的PSC器件。通过对器件电流-电压曲线(I-V plot)和外量子效率(incident poton-to-electron conversion efficiency,IPCE)等进行测试分析,探究膜厚对PSC器件性能的影响。基于前期实验,结合高输出电压的PSCs器件在储能方面的应用前景,我们通过调节吸光层材料的光学带隙,使用FTO/c-Ti O2m-TiO2(CH3NH3PbBr3)/m-Al2O3(C H3NH3PbBr3)/Carbon的器件结构,优化制作出具有1.41 V高电压输出的PSCs,且器件具有小的回滞现象和良好的稳定性。此外,从生产工艺方面考虑,化学气相沉积(CVD)相比溶液法具有成膜质量均匀且重复性能优越的特性在制备大面积PSCs和进行工业化生产方面具有很大的优势。因此,我们采用CVD的方法代替溶液法对PSCs的制备过程进行优化。用真空干燥箱,通过调控加热温度和沉积速率,优化制备吸光材料为CH3NH3PbI3的PSCs,并获得了大于5%的光电转换效率,初步研究和探索化学气相沉积制备PSC的可行性。后续进一步优化沉积无机钙钛矿材料(CsPbBr3)并应用于碳电池器件中,获得1.08 V的开路电压,光电转换效率为2.62%。
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