tio2nras_zro2_c结构钙钛矿太阳能电池的制备及光电性能研究

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1、学校代码10530学号201510131328分类号TM914密级硕士学位论文TiO2NRAs/ZrO2/C结构钙钛矿太阳能电池的制备及光电性能研究学位申请人张阳指导教师王金斌教授学院名称材料科学与工程学院学科专业材料科学与工程研究方向新能源材料与器件二〇一八年五月PreparationandPhotoelectricPropertiesofTiO2NRAs/ZrO2/CPerovskiteSolarCellsCandidateYangZhangSupervisorProfessorJinbinWangCollege

2、SchoolofMaterialsScienceandEngineeringSpecialtyMaterialsScienceandEngineeringProgramNewEnergyMaterialsandDevicesDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateMay2018摘要摘要因具有合适的禁带宽度、优良的吸光性能、简单的合成工艺以及丰富的原材料等众多优点，以钙钛矿(CH3NH3PbI3)为光吸收材料的太阳能电池近几年被广泛研究。无空穴传

3、输层全印刷介观结构钙钛矿太阳能电池拥有简单的TiO2/ZrO2/C三层膜结构，具有成本低、工艺简单、稳定性高等优点。目前，其存在的问题是光电转化效率无法与介孔结构和平面结构的钙钛矿太阳能电池相媲美；电子传输层作为器件结构的重要组成部分，对其性能有较大的影响。一维TiO2纳米棒(TiO2NRAs)可以提供直接的电子传输路径，开孔有序的结构有利于钙钛矿晶体的填充与生长。本文采用TiO2纳米棒作为电子传输层，制备了TiO2NRAs/ZrO2/C结构的介观钙钛矿太阳能电池，并进行了工艺优化与光电性能表征。本文主要研究内容和结

4、果如下：(1)TiO2NRAs/ZrO2/C结构钙钛矿太阳能电池的制备。采用水热法制备了金红石型TiO2NRAs，通过控制水热时间调控TiO2NRAs薄膜厚度，研究了不同厚度的TiO2NRAs薄膜对器件光电性能的影响。结果表明，随着TiO2NRAs薄膜厚度的增加，电流密度、填充因子、光电转化效率呈现先增大后减小的趋势；且当TiO2NRAs薄膜厚度为1μm时，器件的效率相对较高，为3.4%。(2)高湿度下(RH≈50%)TiO2NRAs/ZrO2/C结构中钙钛矿晶体的溶剂退火生长。分别采用了溶剂退火工艺和普通退火工艺在

5、TiO2NRAs/ZrO2/C结构中生长钙钛矿晶体，对比了两种工艺对器件性能的影响。结果表明，采用普通退火工艺，钙钛矿晶体生长时会产生PbI2和中间相，并且不均匀地填充在TiO2NRAs中；采用溶剂退火工艺，可以生成无杂相、高质量的钙钛矿晶体，降低了器件内部电子空穴复合率，将光电转化效率提高到6.2%。(3)TiO-2NRAs的Cl调控生长和器件的界面动力学研究。通过调节水热前驱体溶液中的Cl-浓度调控TiO-2纳米棒的孔隙率，研究了不同Cl浓度对器件性能的影响。结果表明，Cl-可以有效抑制TiO-2纳米棒的横向生长

6、，并且随着Cl浓度的增加，TiO2NRAs的孔隙率逐渐增大，器件的效率则呈先增加后降低的趋势，最高效率为9.13%。使用开路电压衰减测试和电化学阻抗谱分析了TiO2NRAs/ZrO2/C器件的界面动力学过程，表明最优器件的TiO2NRAs/FTO界面电荷传输电阻较小，而TiO2NRAs/CH3NH3PbI3界面复合电阻较大。关键词：TiO2NRAs/ZrO2/C；钙钛矿太阳能电池；TiO2纳米棒；溶剂退火；孔隙率IAbstractAbstractSolarcellswithperovskite(CH3NH3PbI3)

7、aslight-absorbingmaterialhavebeenwidelystudiedinrecentyears,duetomanyadvantagessuchassuitablebandgap,goodlight-absorbingperformance,simplesynthesisandabundantrawmaterials.Hole-conductor-freefullprintingmesoscopicperovskitesolarcellshaveasimpleTiO2/ZrO2/Cthree-l

8、ayerstructure,whichhastheadvantagesoflowcost,simpleprocessandhighstability.Atpresent,thereisaproblemthatthephotoelectricconversionefficiencyislowerthanthemesoporousstructure