高稳定苄胺溴铜钙钛矿光吸收材料及其光伏器件研究

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1、学校代码10530学号201510131340分类号TB91密级硕士学位论文高稳定苄胺溴铜钙钛矿光吸收材料及其光伏器件研究学位申请人李勃超指导教师钟向丽教授学院名称材料科学与工程学科专业材料工程研究方向新能源材料与器件二〇一八年六月HighlyStableBenzylamine-Copper-BromidePerovskiteLightAbsorberandThePhotovoltaicsDevicesCandidateBochaoLiSupervisorProfessorXiangliZhon

2、gCollegeSchoolofMaterialsScienceandEngineeringProgramNewEnergyMaterialsandDevicesSpecializationMaterialsEngineeringDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateJune2018摘要摘要有机无机杂化钙钛矿太阳能电池凭借其卓越的光伏性能在短短的几年内吸引了大量科研工作者的关注。目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（PCE

3、）早已经超过22%。但是钙钛矿太阳能电池受限于其自身的稳定性和铅（Pb）的毒性问题一直未能成功商业化。本论文针对钙钛矿太阳能电池中存在的稳定性问题和铅的毒性问题，提出使用长链的有机阳离子PMA+（C+6H5CH2NH3）和无毒的铜（Cu）元素组合得到了一种稳定、无毒的(PMA)2CuBr4层状钙钛矿材料，针对性的对其湿度稳定性、热稳定性、紫外光稳定性进行了研究，并将其用于钙钛矿太阳能电池中，为以后发展高稳定、无毒的钙钛矿材料提供了一种新思路。本论文主要研究内容如下：(1)(PMA)2CuBr4钙

4、钛矿材料制备及结构、光学吸收性能、能带结构表征采用化学溶液法合成了(PMA)2CuBr4钙钛矿材料，并使用溶胶凝胶法制备了(PMA)2CuBr4钙钛矿薄膜。利用XRD、EDS、UV-vis、PL、UPS等研究手段对(PMA)2CuBr4钙钛矿结构、光学吸收性能进行了研究。结果表明：(PMA)2CuBr4钙钛矿为二维（2D）层状结构；(PMA)2CuBr4钙钛矿材料可见光吸收范围在300～700nm之间，带隙E5-1g约为1.81eV，吸光系数在10cm数量级，PL发光峰在660nm，载流子寿命约

5、为3.07ns。(2)(PMA)2CuBr4钙钛矿材料稳定性研究利用XRD、UV-vis、TGA等研究手段分别对(PMA)2CuBr4钙钛矿材料的湿度稳定性、热稳定性、紫外光稳定性进行了研究。结果表明：(PMA)2CuBr4钙钛矿材料在RH%=60%湿度条件下一周内不发生降解；(PMA)2CuBr4钙钛矿材料热失重温度为160℃，并且(PMA)2CuBr4钙钛矿薄膜在100℃加热6h后不发生分解；(PMA)2CuBr4钙钛矿材料在紫外光照射14h后不发生分解。(3)(PMA)2CuBr4钙钛矿材

6、料光伏性能研究制备了平面型和介孔型(PMA)2CuBr4钙钛矿材料光伏器件,并测试了其光伏性能，最后利用霍尔效应、PL等研究手段对其光伏性能低下的原因进行了分析。结果表明：(PMA)2CuBr4钙钛矿光伏器件仅取得了0.2%的PCE；其光伏性能低下主要是由于(PMA)2CuBr4钙钛矿二维层状结构的缘故，造成(PMA)2CuBr4钙钛矿薄膜载流子传输性能不佳以及激子结合能增大。此外器件界面低的载流子分离效率也限制了(PMA)2CuBr4钙钛矿太阳能电池器件性能。关键词：太阳能电池；二维钙钛矿；稳

7、定；无铅；铜基IAbstractAbstractOrganic–inorganichybridperovskitesforphotovoltaiccells(PVSCs)havedrawnenormousattentionofresearchersinrecentyearsduetotheirexcellentopticalandelectronicproperties.Sofar,thepowerconversionefficiency(PCE)ofperovskitesolarcellsha

8、salreadyreachedover22%.However,thetoxicityhazardousPbandtheinstabilityofPb-basedhalideperovskitematerialsmayeventuallyhamperthelarge-scaleindustrialapplicationofPVSCs.Tosolvethesecriticalproblems,wedevelopalead-free,highlystable(C6H5CH2NH3)2CuBr4(PMA