上海交通大学毕业答辩汇报PPT模板
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锐钛矿
均匀致密的TiO2膜，厚度~60nm，
TiO2致密层退火工艺图
但是膜的稳定性没有磁控溅射的好
2.4 两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层
按照下表参数配制PbI 2-x MACl前驱体溶液
溶液编号
PbI2质量/g
MACl质量/g
DMF/mL
0 mmol
0.231
0
0.5
0.10 mmol
Jsc（mAcm-2）
17.31
FF（%）
66.15
（%）
0.10mmol
0.95
16.86
62.67
10.06
0.15mmol
0.97
19.40
68.91
13.06
0.20mmol
0.93
17.87
67.99
11.36
0.25mmol
0.80
9.41
61.21
4.61
10.32
3.5 IPCE分析
加入0.15mmol时，电池最高量子效率从75%提升到84%
在600nm~710nm波长内，电池量子效率的上升更加明显
当掺入量达到0.25mmol时，器件的量子效率显著下降。
3.6 电池的平均效率比较
初始和0.15mmolMACl钙钛矿电池的效率分布图
4 论文结论
掺杂对PbI2膜的影响
配制PbI2-xMACl溶液
旋涂
退火
PbI2-xMACl膜
旋涂、冲洗
旋干、退火
配制CH3NH3I溶液
CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿薄膜的制备流程
钙钛矿膜
装配电池的其他步骤
制备HTM层
配制HTM溶液：磁力搅拌A液（氯苯、spiro-OMeTAD、4-
2.5
叔丁基吡啶）和B液（乙腈、双三氧甲烷磺酰亚胺锂）
掺杂对钙钛矿膜的影响
掺杂会影响钙钛矿晶体的结晶度，
随着MACl掺入量的增加，钙钛
矿晶体的结晶性呈现先增后减
掺杂量越多，产物中的碘化
铅成分越少，碘化铅层上的
微孔尺寸和数目先减后增
02
01
掺杂对吸光的影响
掺杂对转换效率的影响
掺入适量增强钙钛矿膜对某
些波长光的吸收率，掺入过
多会成整体吸收性能的衰减
掺入适量增强其器件转换效率，
2.3 制备TiO2致密层（磁控溅射法 & 旋涂法）
• 旋涂法（溶液法）
配制
浆料
旋涂
130℃预
退火
浆料
热处理
结晶
制备TiO2致密层过程图
130℃预热： 蒸发乙醇等有机物，
干燥旋涂层
分段式加热：温度升高过快，会造成
晶体生长加快，晶粒粗大，甚至会造
成膜上出现较大的裂痕
450℃下退火：TiO2由无定形态变为
但过量掺杂会造成效率的衰减
03
04
感谢关注！
Thank you for your attention！
欢迎老师们提问！
0.231
0.00337
0.5
0.15 mmol
0.231
0.00505
0.5
0.20 mmol
0.231
0.00674
0.5
0.25 mmol
0.231
0.00842
0.5
配制CH 3 NH 3 I异丙醇溶液
浓度10mg/mL的碘甲胺异丙醇溶液20mL
2.4 两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层
8
10
12
易出现的问题
TiO2膜太厚
根据优化工艺制备出来的膜厚
都超过150nm,不利于提高性能
Problem
膜的电导率差别太大
同批样品经过蒸银后，用数字
源表测试得到电阻值差异太大
通过一系列试验确定了最佳工艺参数：
氩气流量：15sccm；真空度：7.9×10-4Pa；溅射气压：5Pa
溅射功率：100w；溅射时间： 60min TiO2+10min Ti
7.9×10-4
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(a)0mmol (b)0.1mmol (c), (f)0.15mmol
(d) 0.2mmol (e) 0.25mmol (g) 电池截面图
3.3吸收光谱分析（UV-vis）
Lorem ipsum dolor sit amet consectetur adipisicing elit sed do eiusmod
外电路
钙钛矿太阳能电池的结构
钙钛矿太阳能电池的工作原理
1.3
研究方向
低温合成CH3NH3I
和 CH3NH3Cl
两步法沉积钙钛矿光吸收层
改变掺杂量，研究其对钙
以CH3NH3Cl为氯源，向
钛矿膜和光电性能的影响
CH3NH3PbI3掺杂Cl元素
研究内容和主要工作
2
C hapter
章
节
2.1 合成CH3NH3I 和CH3NH3Cl
光的光电转化效率，数学定义为
单位时间外电路产生的电子总数
与入射单色光子数的比值，
钙钛矿太阳能电池的光伏特性曲线
=
1240⋅
⋅
实验结果和数据分析
3
C hapter
章
节
3.1 XRD物相分析
PbI2层的XRD
PbI2 在 12.7° 处
（ 001 ） 特 征 衍
射峰
(a)TiO2上PbI2-x mmol MACl膜的XRD图 (b)11°~15°内放大图
3.2
PbI2层的微观形貌
形成一定数量
的钙钛矿晶体
(a)0mmol (b) 0.1mmol (c) 0.15mmol (d) 0.2mmol
(e) 0.25mmol (f) 不同x值PbI -xmmol MACl膜的照片
钙钛矿层的微观形貌（SEM）
钙钛矿的晶粒
尺寸先减后增
微孔数目和尺
寸先减后增
（XRD）
（SEM）
光分光光度
率分析
线（J-V曲
物相分析
微观形
貌分析
IV
记（UV-vis） （IPCE测试）
吸收光谱
V
线）分析
2.9 PSCs的基本参数介绍
• 开路电压（Voc）：外电路处于断路时的电压，即J-V曲线上负载电流密度
趋
于0时，电压轴上的截距。
• 短路电流（Jsc）：外电路处于短路时的电流，即J-V曲线上电压值趋于0
时，电流轴 上的截距。
• 填充因子（FF）：太阳能电池对外输出的最大功率（Pmax）与开路电
压（Voc）和短路电流（Jsc）乘积的比值。
• 能量转换效率（PCE、）：
器件对外输出的最大功率与入射
光照强度的比值。
⋅ ⋅
=
=
× 100%
• 量子转换效率（IPCE）： 单色
导电玻璃：掺杂氟元素的二氧化锡，FTO
浓 盐 酸
（HCl）
锌 粉 （ Zn ）
均匀涂覆
待刻蚀区
切割导电玻璃
粘贴胶带
1:1混合均匀
滴在锌粉上
去离子水
（H2O）
导电玻璃刻蚀流程图
未刻蚀：测试时，针状电极
易压穿电池接触到X区域，
正负极直接接触，电池短路，
损害电池和测试仪器
刻蚀：针状电极无法接触到
PbI2含量的减少
钙钛矿层的XRD分析
(a)CH3NH3PbI3-xClx/TiO2膜的XRD图 (b)12°~16°范围内放大的XRD图
PbI2（001）晶面在12.7°处的特征衍射峰可观察到
掺入0.1mmol和0.15mmol的MACl，钙钛矿膜的结晶度得到提升
微孔数目和尺
寸：先减后增
FTO，电池类似断路状态
（a）刻蚀FTO制备的PSCs （b）未刻蚀FTO制备的PSCs
2.3 制备TiO2致密层（磁控溅射法 & 旋涂法）
• 磁控溅射法
15
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7.9×10-4
掺0.15和0.2mmol，钙
钛矿膜的光吸收率要高
于原始膜
掺杂0.25mmol
波长400-600nm：低
波长600-750nm：高
总体衰减
CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿膜的紫外—可见光吸收光谱图
3.4 PSCs的光伏特性曲线
电子—空穴对复
合几率的下降
样品
0 mmol
Voc（V）
0.90
上海交通大学本科毕业论文答辩
钙钛矿太阳能电池薄膜形貌调控与光电性能研究
答辩人：XXX
导师：ＸＸＸ
2021年8月29日星期日
1
目录
绪 论
2
研究内容和主要工作
3
实验结果和数据分析
CONTENTS
4
论文结论
绪 论
1
C hapter
章
SCs自2009年问世以来，发展迅猛，数年内从3.8%的PCE跃升到22.1%
以合成CH3NH3I为例，
CH3NH3Cl的合成方法相似
C3 2 + = 3 3 ↓
CH3NH2
醇溶液
N2氛围
0℃冰浴
CH3NH3I
溶液
旋转蒸发
CH3NH3I
粗制粉体
HI溶液
CH3NH3I粉体合成流程图
乙醚纯化
真空干燥
CH3NH3I
纯净粉末
2.2 刻蚀和清洗导电玻璃（FTO）
匀胶机上旋涂30s后手套箱中静置12小时
光阴极制备
2.6
真空蒸镀法将金属银蒸镀到空
穴传输层上，膜厚约为50nm
光阳极焊铟
2.7
钙钛矿太阳能电池试样
γ-丁内酯擦除部分钙钛矿膜和空穴传输材料，
超声焊将金属铟焊接在FTO的导电面上
2.8 表征方法
I
II
III
X射线衍射
扫描电镜
紫外—可见
电池量子效
光伏特性曲
钙钛矿作为光吸收材料，一直是科研工作者研究PSCs的重点与难点
钙钛矿光吸收材料是以CH3NH3PbI为主，研究出诸多制备方法，
应用最多的为溶液法和气相沉积法
以Cl部分替代钙钛矿中的I可以延长激子的扩散长度、改变带隙、提
高光电转换效率
1.2
钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理
光子
电子-空穴对
ETM & HTM
均匀致密的TiO2膜，厚度~60nm，
TiO2致密层退火工艺图
但是膜的稳定性没有磁控溅射的好
2.4 两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层
按照下表参数配制PbI 2-x MACl前驱体溶液
溶液编号
PbI2质量/g
MACl质量/g
DMF/mL
0 mmol
0.231
0
0.5
0.10 mmol
Jsc（mAcm-2）
17.31
FF（%）
66.15
（%）
0.10mmol
0.95
16.86
62.67
10.06
0.15mmol
0.97
19.40
68.91
13.06
0.20mmol
0.93
17.87
67.99
11.36
0.25mmol
0.80
9.41
61.21
4.61
10.32
3.5 IPCE分析
加入0.15mmol时，电池最高量子效率从75%提升到84%
在600nm~710nm波长内，电池量子效率的上升更加明显
当掺入量达到0.25mmol时，器件的量子效率显著下降。
3.6 电池的平均效率比较
初始和0.15mmolMACl钙钛矿电池的效率分布图
4 论文结论
掺杂对PbI2膜的影响
配制PbI2-xMACl溶液
旋涂
退火
PbI2-xMACl膜
旋涂、冲洗
旋干、退火
配制CH3NH3I溶液
CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿薄膜的制备流程
钙钛矿膜
装配电池的其他步骤
制备HTM层
配制HTM溶液：磁力搅拌A液（氯苯、spiro-OMeTAD、4-
2.5
叔丁基吡啶）和B液（乙腈、双三氧甲烷磺酰亚胺锂）
掺杂对钙钛矿膜的影响
掺杂会影响钙钛矿晶体的结晶度，
随着MACl掺入量的增加，钙钛
矿晶体的结晶性呈现先增后减
掺杂量越多，产物中的碘化
铅成分越少，碘化铅层上的
微孔尺寸和数目先减后增
02
01
掺杂对吸光的影响
掺杂对转换效率的影响
掺入适量增强钙钛矿膜对某
些波长光的吸收率，掺入过
多会成整体吸收性能的衰减
掺入适量增强其器件转换效率，
2.3 制备TiO2致密层（磁控溅射法 & 旋涂法）
• 旋涂法（溶液法）
配制
浆料
旋涂
130℃预
退火
浆料
热处理
结晶
制备TiO2致密层过程图
130℃预热： 蒸发乙醇等有机物，
干燥旋涂层
分段式加热：温度升高过快，会造成
晶体生长加快，晶粒粗大，甚至会造
成膜上出现较大的裂痕
450℃下退火：TiO2由无定形态变为
但过量掺杂会造成效率的衰减
03
04
感谢关注！
Thank you for your attention！
欢迎老师们提问！
0.231
0.00337
0.5
0.15 mmol
0.231
0.00505
0.5
0.20 mmol
0.231
0.00674
0.5
0.25 mmol
0.231
0.00842
0.5
配制CH 3 NH 3 I异丙醇溶液
浓度10mg/mL的碘甲胺异丙醇溶液20mL
2.4 两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层
8
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12
易出现的问题
TiO2膜太厚
根据优化工艺制备出来的膜厚
都超过150nm,不利于提高性能
Problem
膜的电导率差别太大
同批样品经过蒸银后，用数字
源表测试得到电阻值差异太大
通过一系列试验确定了最佳工艺参数：
氩气流量：15sccm；真空度：7.9×10-4Pa；溅射气压：5Pa
溅射功率：100w；溅射时间： 60min TiO2+10min Ti
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(a)0mmol (b)0.1mmol (c), (f)0.15mmol
(d) 0.2mmol (e) 0.25mmol (g) 电池截面图
3.3吸收光谱分析（UV-vis）
Lorem ipsum dolor sit amet consectetur adipisicing elit sed do eiusmod
外电路
钙钛矿太阳能电池的结构
钙钛矿太阳能电池的工作原理
1.3
研究方向
低温合成CH3NH3I
和 CH3NH3Cl
两步法沉积钙钛矿光吸收层
改变掺杂量，研究其对钙
以CH3NH3Cl为氯源，向
钛矿膜和光电性能的影响
CH3NH3PbI3掺杂Cl元素
研究内容和主要工作
2
C hapter
章
节
2.1 合成CH3NH3I 和CH3NH3Cl
光的光电转化效率，数学定义为
单位时间外电路产生的电子总数
与入射单色光子数的比值，
钙钛矿太阳能电池的光伏特性曲线
=
1240⋅
⋅
实验结果和数据分析
3
C hapter
章
节
3.1 XRD物相分析
PbI2层的XRD
PbI2 在 12.7° 处
（ 001 ） 特 征 衍
射峰
(a)TiO2上PbI2-x mmol MACl膜的XRD图 (b)11°~15°内放大图
3.2
PbI2层的微观形貌
形成一定数量
的钙钛矿晶体
(a)0mmol (b) 0.1mmol (c) 0.15mmol (d) 0.2mmol
(e) 0.25mmol (f) 不同x值PbI -xmmol MACl膜的照片
钙钛矿层的微观形貌（SEM）
钙钛矿的晶粒
尺寸先减后增
微孔数目和尺
寸先减后增
（XRD）
（SEM）
光分光光度
率分析
线（J-V曲
物相分析
微观形
貌分析
IV
记（UV-vis） （IPCE测试）
吸收光谱
V
线）分析
2.9 PSCs的基本参数介绍
• 开路电压（Voc）：外电路处于断路时的电压，即J-V曲线上负载电流密度
趋
于0时，电压轴上的截距。
• 短路电流（Jsc）：外电路处于短路时的电流，即J-V曲线上电压值趋于0
时，电流轴 上的截距。
• 填充因子（FF）：太阳能电池对外输出的最大功率（Pmax）与开路电
压（Voc）和短路电流（Jsc）乘积的比值。
• 能量转换效率（PCE、）：
器件对外输出的最大功率与入射
光照强度的比值。
⋅ ⋅
=
=
× 100%
• 量子转换效率（IPCE）： 单色
导电玻璃：掺杂氟元素的二氧化锡，FTO
浓 盐 酸
（HCl）
锌 粉 （ Zn ）
均匀涂覆
待刻蚀区
切割导电玻璃
粘贴胶带
1:1混合均匀
滴在锌粉上
去离子水
（H2O）
导电玻璃刻蚀流程图
未刻蚀：测试时，针状电极
易压穿电池接触到X区域，
正负极直接接触，电池短路，
损害电池和测试仪器
刻蚀：针状电极无法接触到
PbI2含量的减少
钙钛矿层的XRD分析
(a)CH3NH3PbI3-xClx/TiO2膜的XRD图 (b)12°~16°范围内放大的XRD图
PbI2（001）晶面在12.7°处的特征衍射峰可观察到
掺入0.1mmol和0.15mmol的MACl，钙钛矿膜的结晶度得到提升
微孔数目和尺
寸：先减后增
FTO，电池类似断路状态
（a）刻蚀FTO制备的PSCs （b）未刻蚀FTO制备的PSCs
2.3 制备TiO2致密层（磁控溅射法 & 旋涂法）
• 磁控溅射法
15
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7.9×10-4
7.9×10-4
7.9×10-4
7.9×10-4
掺0.15和0.2mmol，钙
钛矿膜的光吸收率要高
于原始膜
掺杂0.25mmol
波长400-600nm：低
波长600-750nm：高
总体衰减
CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿膜的紫外—可见光吸收光谱图
3.4 PSCs的光伏特性曲线
电子—空穴对复
合几率的下降
样品
0 mmol
Voc（V）
0.90
上海交通大学本科毕业论文答辩
钙钛矿太阳能电池薄膜形貌调控与光电性能研究
答辩人：XXX
导师：ＸＸＸ
2021年8月29日星期日
1
目录
绪 论
2
研究内容和主要工作
3
实验结果和数据分析
CONTENTS
4
论文结论
绪 论
1
C hapter
章
SCs自2009年问世以来，发展迅猛，数年内从3.8%的PCE跃升到22.1%
以合成CH3NH3I为例，
CH3NH3Cl的合成方法相似
C3 2 + = 3 3 ↓
CH3NH2
醇溶液
N2氛围
0℃冰浴
CH3NH3I
溶液
旋转蒸发
CH3NH3I
粗制粉体
HI溶液
CH3NH3I粉体合成流程图
乙醚纯化
真空干燥
CH3NH3I
纯净粉末
2.2 刻蚀和清洗导电玻璃（FTO）
匀胶机上旋涂30s后手套箱中静置12小时
光阴极制备
2.6
真空蒸镀法将金属银蒸镀到空
穴传输层上，膜厚约为50nm
光阳极焊铟
2.7
钙钛矿太阳能电池试样
γ-丁内酯擦除部分钙钛矿膜和空穴传输材料，
超声焊将金属铟焊接在FTO的导电面上
2.8 表征方法
I
II
III
X射线衍射
扫描电镜
紫外—可见
电池量子效
光伏特性曲
钙钛矿作为光吸收材料，一直是科研工作者研究PSCs的重点与难点
钙钛矿光吸收材料是以CH3NH3PbI为主，研究出诸多制备方法，
应用最多的为溶液法和气相沉积法
以Cl部分替代钙钛矿中的I可以延长激子的扩散长度、改变带隙、提
高光电转换效率
1.2
钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理
光子
电子-空穴对
ETM & HTM