平面异质结钙钛矿太阳能电池二氧化锡电子传输层制备与电池性能研究
Study of Preparation and Performance of Tin Oxide as Electron Transport Material in Planar Heterojunction Perovskite Solar Cells
有机-无机卤化铅钙钛矿是一种优异的吸光材料,应用于太阳能电池中可实现极高的光电转换效率,因此不断发展日益趋于实际应用.SnO2因具有高电导率、制备温度低、化学性质稳定成为最具有前景的电子传输材料.本文以SnO2致密层为电子传输材料,制备了以甲铵碘化铅(MAPbI3)为吸光层的平面异质结钙钛矿太阳能电池,探究了低温制备SnO2电子传输层的影响因素、研究了掺杂不同元素对SnO2电子传输性能的影响以及MAPbI3吸光层的优化方案.论文主要内容如下:探究了溶胶-凝胶旋涂前驱液处理温度、陈化时间和水添加量对制备SnO2电子传输性能及电池效率的影响.实验发现合适的前驱液处理温度对促进SnO2生成有利,最终使SnO2电子传输效率提高;适当的陈化时间促进SnO2结晶,结晶性好的SnO2电子传输效率高,因此溶胶-凝胶适当陈化后制备SnO2得到的电池效率更高;溶胶-凝胶旋涂前驱液加入适量的水有利于SnCl2水解促进SnO2的生成,最终提高电池效率.通过对比不同条件制备的SnO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池效率,确定80℃热处理,同时滴加150μL水配制溶胶凝胶旋涂前驱液后陈化24 h来制备SnO2电子传输层.通过掺杂SnO2优化电子传输层,提高钙钛矿太阳能电池的转换效率,对比不同元素掺杂后电池性能,分析得出最佳掺杂元素及比例.在掺杂离子半径相近的Li+、Mg2+、Ga3+、Ti4+后,SnO2传输电子能力提高,掺杂Li+、Mg2+、Ga3+后所制备的电池Jsc明显提高,SnO2掺杂Ga3+、Ti4+所制备的电池提高了开路电压;SnO2掺杂价态相同,半径不同的Al3+、Ga3+、In3+制备电池后发现,Jsc随掺杂离子半径的增加而增加,SnO2掺杂与Sn4+半径相同的离子可有效提高电池及填充因子(FF),并提高SnO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池的性能..采用反溶剂一步法制备MAPbI3,探究了MAPbI3前驱液浓度、热处理时间与反溶剂选择对电池性能的影响.实验发现前驱液浓度决定吸光层MAPbI3薄膜厚度,MAPbI3前驱液浓度最优为1.2 M,所制备的电池获得的光电转换效率为12.66%;适当的热处理时间有利于MAPbI3生成与结晶,最优热处理时间为5 min,并获得13.15%电池效率;反溶剂选择对MAPbI3薄膜宏观及微观形貌有重要影响,MAPbI3薄膜的形貌影响电池性能,以氯苯作为反溶剂可以制备出宏观透亮、微观晶粒排列紧密的MAPbI3薄膜,因此为最优反溶剂
- 作者：
- 李启华
- 学位授予单位：
- 深圳大学
- 专业名称：
- 化学工程(专业学位)
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 张培新
- 中图分类号：
- TM914.4
- 关键词：
- 平面异质结钙钛矿太阳能电池；二氧化锡；掺杂；电子传输材料
- planar heterojunction perovskite solar cells; SnO2; doping; electron transport material;