钙钛矿太阳能电池研究

目录

中文摘要 (1)

引言 (2)

第1章钙钛矿太阳能电池简介 (3)

1.1 钙钛矿材料的研究 (3)

1.2 钙钛矿太阳能电池的由来和发展 (3)

1.3 钙钛矿太阳能电池的结构 (3)

1.4 钙钛矿太阳能电池的原理 (4)

1.5 钙钛矿薄膜的制备方法 (5)

1.6本论文的研究意义和内容 (6)

第 2 章钙钛矿太阳能电池的制备以及退火时间对电池的影响 (7)

2.1 实验部分 (7)

2．1.1 实验材料 (7)

2.1.2 实验仪器 (7)

2.1.3 实验过程 (8)

2.2 器件的测试与分析 (9)

第3章总结与发展 (14)

参考文献 (15)

致谢 (16)

中文摘要

钙钛矿吸收层对于太阳能电池光电转换效率的影响是至关重要的。本文采用溶液法制备

了钙钛矿太阳能电池，研究了在特定退火温度下退火时间对钙钛矿吸收层结构、形貌及其

吸收的影响。研究结果表明：退火时间的增加有利于薄膜的晶化，晶粒变大，吸收增强；

的峰，从而使材料的吸收强度降低。我们进一

但退火时间太长易使钙钛矿材料中出现PbI

2

步探索了材料的退火时间对电池器件的性能产生怎样的影响，通过测试电池的J-V（电流-电压）特性，研究发现：随着材料退火时间的增加，开路电压（V oc）、短路电流（J sc）、

和填充因子（FF）先增大到一个极大值点，然后减小，所以得出结论，在退火温度为95℃，

退火时间为20分钟时，制备获得的钙钛矿太阳能电池的各方面性能达到最好。

关键词：钙钛矿吸收层退火时间

Abstract

Perovskite absorption layer is a key factor to affect photoelectric conversion efficiency of the solar cells. This article used solution process to make perovskite solar cells. We have researched how the annealing time influence the structure and morphology and absorption of the perovskite absorption layer. It shows that annealing time is important for the crystallization of membrane, crystal grain size and absorption of membrane, but if annealing time is too long, the perovskite materials will decompose into PbI2, and then reduce the absorption of the material strength. We further studied the influence of the annealing time to the performance of the device, through the J-V, it shows that with the increase of the annealing time，the short-circuit current、open circuit voltage、and fill factor first increases and then decreases. For the experimental condition of 20 minutes of annealing time at 95℃，all the aspects of the perovskite solar cells are best.

Keywords: perovskite solar cells, absorb layer, annealing time.

引言

有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有高光吸收系数，带隙可调，高载流子迁移率等优异的性能而作为固态太阳能电池的有效光吸收层已经引起了人们广泛的关注。在钙钛矿电池中，活性层的形貌对器件的性能具有决定性的影响。通过调节活性层的形貌，可提高活性层的载流子迁移率，降低薄膜体缺陷，减少复合，进而提高器件的效率。而活性层的形貌可以通过不同的沉淀技术，选用不同的溶液，以及后退火处理等技术来调控。本文采用了一步溶液法旋涂活性层钙钛矿材料，着重研究退火时间对薄膜形貌、结晶性，以及钙钛矿太阳能电池光伏性能的影响。研究发现适当的退火时间有利于保证溶剂的蒸发和钙钛矿材料的晶化。但是，退火时间过长也会导致形貌及结晶度降低，进而会导致器件效率的降低。

第1章钙钛矿太阳能电池的简介

1.1 钙钛矿材料的研究

在太阳能能量转换这一方面，薄膜太阳能电池光电转换是研究的重点，而且相对于硅

基电池有着更好的前景和更高的性价比。近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池在薄膜太阳能电池领域备受关注。以CH3NH3PbX3（X为卤素元素）为基本类型的材料已被广泛研究，其作用也较为广泛：主要可以用来做高消光吸收剂[1,2]，此外也可以作为空穴[3]和电

子传输材料。基于该材料的不同沉积技术以及器件结构已经被大量报道，尽管种类很多，但这些都存在一些基本的相似点。典型的钙钛矿材料沉积在多孔支架层材料上，包括TiO2，Al2O3[ 4,5 ]，ZrO 2 [ 9,10 ]，在钙钛矿层上面再沉积一层空穴传输材料，最常用的是无定形有机半导体spiro-MeOTAD[ 2,4,5,9,11 ]。此外，平面结构的钙钛矿器件也因其制备过程所需温度较低而被广泛研究。本文中，我们主要研究以CH3NH3PbI3-x Cl x为代表的平面结构钙钛矿太阳能电池。

1.2 钙钛矿太阳能电池的由来和发展

钙钛矿太阳能电池是通过染料敏化电池改进过来的。CH3NH3PbX3材料的吸收系数达到105α；通过改变钙钛矿材料的成分，可改变带隙[12]和电池的外在颜色，从而制得彩色电池[13]。钙钛矿晶体的缺陷[14,15]非常独特，所以它可以呈现出n型半导体的一些性质，也可以呈现出p型半导体的一些性质，而且这种材料成本低，制造简单，所以可以使得钙

钛矿太阳能电池能够大规模、廉价制造。

1.3 钙钛矿太阳能电池的结构