碳基复合材料的制备及对钙钛矿太阳能电池性能的影响.pdf

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1、硕士学位论文碳基复合材料的制备及对钙钛矿太阳能电池性能的影响FABRICATIONOFCARBONMATRIXCOMPOSITESANDITSEFFECTONPERFORMANCEOFPEROVSKITESOLARCELLS谢海祥哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TB34学校代码：10213国际图书分类号：544密级：公开工学硕士学位论文碳基复合材料的制备及对钙钛矿太阳能电池性能的影响硕士研究生：谢海祥导师：孙学银副研究员申请学位：工程硕士学科：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：20

2、18年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TB34U.D.C:544DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONOFCARBONMATRIXCOMPOSITESANDITSEFFECTONPERFORMANCEOFPEROVSKITESOLARCELLSCandidate：XieHaixiangSupervisor：AssociateProf.SunXueyinAcademicDegreeAppliedfor：Ma

3、sterofEngineeringSpeciality：MaterialsEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要针对目前钙钛矿太阳能电池中有机空穴传输材料化学性质不稳定、金电极昂贵等问题，本文旨在制备一种价格低廉、化学性质稳定的无机

4、空穴传输材料来取代昂贵的有机空穴传输材料，同时，制备碳基复合材料作为对电极，以摒弃金电极的使用。本文采用金属醇盐法制备了Ni-EG螯合物/rGO前驱体，通过对该前驱体采用不同的工艺进行煅烧可以制得不同的碳基复合材料。通过改变Ni-EG螯合物/rGO前驱体煅烧的温度、时间、气氛、以及在煅烧时加入碳源，可以制得不同组织结构的NiO/rGO、Ni/rGO和Ni/CNTs/rGO复合材料。采用XRD、SEM和TEM对不同工艺制得的碳基复合材料的表面形貌、物相成分以及组织结构进行了表征分析。通过将NiO/rGO作为

5、空穴传输材料、将Ni/rGO和Ni/CNTs/rGO作为对电极应用到钙钛矿太阳能电池器件上，探究了不同组织结构的碳基复合材料对电池器件光伏性能的影响。通过改变Ni-EG螯合物/rGO前驱体在空气气氛中煅烧的温度（一步煅烧），可以得到物相纯净的NiO/rGO产物，且当煅烧温度为300℃时，rGO表面可以负载致密的纳米晶NiO，粒径约为5nm。改变Ni-EG螯合物/rGO前驱体煅烧的工序，即先将该前驱体在H2气氛中煅烧还原、然后在空气气氛中煅烧氧化（两步煅烧），可以使rGO表面负载约100nm粒径的NiO颗粒

6、。改变Ni-EG螯合物/rGO前驱体在H2气氛中的煅烧温度，可以制得Ni/rGO复合材料，且400℃煅烧比500℃煅烧得到的Ni/rGO片层团聚少，Ni颗粒在rGO表面负载的更均匀。Ni-EG螯合物/rGO前驱体在H2气氛中煅烧的同时加入二氰二胺作为碳源，可以制备Ni/CNTs/rGO复合材料，能够达到rGO表面同时负载Ni和CNTs的效果。本文探究并优化了常规钙钛矿太阳能电池器件的制作工艺，并对其组织结构与性能的关系进行了阐述说明。在此基础上，分别将一步煅烧、两步煅烧制得的NiO/rGO作为空穴传输材料

7、应用到钙钛矿太阳能电池器件中，结果表明，基于一步煅烧（300℃/1h、空气气氛）制得的NiO/rGO用作空穴传输层的电池效率达到了4.13%，实现了NiO/rGO复合材料在钙钛矿太阳能电池器件的成功应用。将Ni-EG螯合物/rGO前驱体在400℃和500℃、H2气氛中煅烧制得的Ni/rGO作为对电极，以及将CNTs改性得到的Ni/CNTs/rGO作为对电极材料应用到钙钛矿太阳能电池中，结果表明，喷涂400℃煅烧制得的Ni/rGO可使其与-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文钙钛矿层形成较好的界面结合，相应的

8、电池效率达到4.24%。关键词：钙钛矿太阳能电池；氧化石墨烯；NiO/rGO；Ni/rGO；碳对电极-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractInviewoftheunstablechemicalpropertiesoftheorganicholetransportmaterialintheperovskitesolarcellandtheexpensivegoldelectrode,thepurposeofthi