界面调控制备高效钙钛矿太阳能电池

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1、学校代码10459学号或申请号201512192390密级硕士学位论文界面调控制备高效钙钛矿太阳能电池作者姓名：蔡庆斌导师姓名：邵国胜教授张懿强副教授学科门类：工学专业名称：材料学培养院系：材料科学与工程完成时间：2018年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityFortheDegreeofMasterPreparationofhigh-efficientperovskitesolarcellsbyinterfacialregulatesByQingbinCaiSupervisor:Prof.GuoshengShaoAsso

2、ciateProf.YiqangZhangMaterialsScienceSchoolofMaterialsScienceandEngineeringMay,20181原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留

3、、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日2摘要摘要随着新兴薄膜太阳能电池技术的迅速发展，由于钙钛矿材料具有大的吸收系数、优异的载流子迁移率、载流子的扩散长度长及可调控带隙等优势，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池（PSCs）已

4、经引起了广泛的关注。低成本、高性能以及可溶液加工的钙钛矿太阳能电池在光伏领域的发展中处于领军地位。在九年内，钙钛矿光伏器件的光电转换效率（PCE）由3.8%提高到22.7%。平面PSC因其制备工艺简单，成本低是未来应用的首选结构。二氧化钛常用于平面钙钛矿太阳能电池中的电子输运层（ETL），因为它的导带（CB）处于合适的位置，大的带隙，长的电子寿命，低的制造成本。一般来说，实现高性能的PSCs，首选锐钛矿或金红石相二氧化钛薄膜。但是，高质量的TiO2薄膜，需要在450°C烧结。而且二氧化钛材料有低的电导率和高的电子缺陷态。修饰，如元素掺杂可以提高二氧化钛材料的电导

5、率和减少TiO2薄膜电子陷阱态密度。因此本研究采用简易的化学水浴法在低温（70℃）下制备了掺杂二氧化钛薄膜，作为平面钙钛矿太阳能电池高质量的ETL。与纯二氧化钛相比，掺杂二氧化钛的光生电子注入和提取效率更高效，表现出较高的导电性，较高的迁移率和较低的缺陷态密度，从而得到稳定高效的钙钛矿太阳能电池。另外我们制备了“钙钛矿-PbS量子点”梯度异质结（GHJ）的无空穴传输层的高效PSCs。PbS量子点材料在钙钛矿层中以梯度分布，这种结构可以改进光电子的收集，减少了复合损耗，从而提高PCE。1．首先采低温溶液处理的化学水浴法（CBD）方法成功地将锡元素掺杂到TiO2薄膜

6、中，形成了高电导率、高电子迁移率、低缺陷态密度、高质量的氧化钛薄膜。这种锡掺杂的氧化钛ETL应用到钙钛矿电池中可以提高光生电子注入和提取，避免电子在ETL/钙钛矿界面的积累，从而增加Jsc、FF和PSCs稳定，而且电池的滞后效应得到很大的改善。基于这种锡掺杂TiO2电子传输层的平面太阳能电池实现了17.2%光电转换效率，比未掺杂TiO2电子传输层器件的效率提高了近29.3%。通过使用瞬态荧光光谱，稳态荧光光谱，XPS，电化学阻抗谱等手段解释了其中的机理。随后采用同样的方法将锌元素掺杂到TiO2薄膜中，制备了锌掺杂TiO2薄膜应用于钙钛矿电池中，电池的光电转换效率

7、也得到I摘要大幅度提升。2．硫化铅量子点（CQDs）具有近红外吸收，多重激子产生效应，载流子迁移率高，合成成本低，溶液可加工性，尺寸和带隙可调被认为是薄膜光伏领域潜在的候选材料。钙钛矿太阳能电池是一种很有前途的低成本光伏器件具有较高的光电转换效率。钙钛矿和电荷提取层之间的异质结结构是其光伏性能的关键。同时，钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率。然而，高性能的PSC在很大程度上依赖于昂贵且不稳定的有机空穴传输材料（HTM）如spiroOMeTAD，使钙钛矿电池的稳定性降低。在这里，我们设计了一种新的具有钙钛矿/硫化铅量子点梯度异质结结构的PSC，它可以促进空穴提

8、取并降低载流子复合。通过