敏化型太阳能电池的界面工程

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1、敏化型太阳能电池的界面工程InterfaceEngineeringinSensitizedSolarCells一级学科：化学工程与技术学科专业：应用化学作者姓名：张羿指导教师：冯亚青教授天津大学化工学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位

2、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要敏化型太阳能电池由多层结构组成，其中层与层之间的界面在太阳能电池的光生电子和空穴的传输过程中发挥了重要作用。它们既是电荷传输的动力中心，对电池的正向光电效果影响显著，又是电池结构中的主要缺陷中心，是电荷

3、和空穴复合的主要集聚位点，对电池的负向影响也很显著。本论文采取了增加电子传输层和光电转化层的接触面积、钝化电子传输层和光电转化层间的缺陷和通过修饰界面改变光电转化层晶体生长取向等方法对电池的界面进行优化，显著提高了电池效率及钙钛矿敏化太阳能电池的稳定性。光阳极与染料间的界面控制：以聚（乙二醇）-嵌段-聚（丙二醇）-嵌段-聚（乙二醇）（P123）作为模板剂，异丙醇钛作为钛源，通过水热方法，合成了几种介孔TiO2材料(MT)。研究了高压釜中Ti/P123的摩尔比和反应溶液的pH值对材料的影响。使用BET比表面积分析，X射线衍射（XRD），X射线光电子能谱（XPS），激

4、光拉曼光谱（LRS），扫描电子显微镜（SEM）和高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）对材料进行了表征。将MT作为光阳极（电子传输层）组装成染料敏化太阳能电池（DSSC）。应用J-V曲线和电化学阻抗谱（EIS）的分析来表征电池的性能。结果表明，MT的比表面积和晶体结构为电池提供了高的光电流，材料的结构导致电池的电子转移电阻增加，减少了电池的复合中心，提高了DSSC的电压。使用MT的电池的最高光电转换效率（PCE）达到了8.33％，与P25基太阳能电池的5.88％相比，增加了41.7％。介孔电子传输层和钙钛矿层间的界面修饰：通过PbI2–HMPA（六甲基磷酰三胺）络合

5、物预处理的方法修饰介孔TiO2电子传输层的表面，开拓出了高效率MAPbI3钙钛矿太阳能电池的制备方法。掠入角X射线衍射深度分析证实了由于HMPA与PbI2的强相互作用使得钙钛矿膜的PbI2具有底部区域富集的梯度分布，表明在PbI2层顶部沉积钙钛矿层时，钙钛矿溶液对PbI2的溶解得到了很好的抑制作用。测试了30个电池的性能（最佳PCE为19.5％，FF高达0.80）的平均PCE为19.2％（反向扫描，标准偏差sd<0.2）。梯度刻蚀-定量能量色散X射线（EDX）分析结果也证明了处理样品的PbI2照比参比样品呈现了明显的梯度分布。致密层和钙钛矿层间的界面修饰：首次使用

6、蠕虫状介孔六方二氧化硅材料（HMS）修饰平面异质结钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层，提高了光电转换效率。所形成的HMS随机簇状岛减少了钙钛矿层的负载量，导致了钙钛矿的特异性生长、增加了光的路径长度。在具有HMS岛的平面异质结器件中，实现了30个I万方数据器件的平均PCE为17.6％（最高PCE为18.37%），远高于普通参比平面异质结器件的PCE（15.85％）。关键词：太阳能电池界面修饰高效率敏化型II万方数据ABSTRACTSensitizedsolarcellsaremultilayerstructuresinwhichtheinterfacebetweenlay

7、erandlayerplaysavitalroleinthetransmissionofphotogeneratedelectronsandholesinsolarcells.Theyarethepowercenterofchargetransmission,theimpactofthepositiveeffectofthecellsaresignificant,butarealsothedevicestructureofthemaindefectcenter,thenegativeimpactonthecellsareimpressive.Inthispaper

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