毕业论文答辩 (6)ppt课件

,材料科学与工程专业2012级02班,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：,2020年5月27日星期三,1,目录CONTENTS,绪论,研究内容和主要工作,实验结果和数据分析,论文结论,1,2,3,4,2,Chapter,1,绪论,章节,3,研究背景,1.1,PSCs自2009年问世以来，发展迅猛，数年内从3.8%的PCE跃升到22.1%,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,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,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,4,钙钛矿太阳能电池的结构和工作原理,1.2,光子电子-空穴对ETM&HTM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,5,研究方向,1.3,6,Chapter,2,研究内容和主要工作,章节,7,2.1合成CH3NH3I和CH3NH3Cl,以合成CH3NH3I为例，CH3NH3Cl的合成方法相似,C32+=33,8,2.2刻蚀和清洗导电玻璃（FTO）,导电玻璃：掺杂氟元素的二氧化锡，FTO,（a）刻蚀FTO制备的PSCs（b）未刻蚀FTO制备的PSCs,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FTO，电池类似断路状态,9,2.3制备TiO2致密层（磁控溅射法&旋涂法）,磁控溅射法,10,易出现的问题,通过一系列试验确定了最佳工艺参数：氩气流量：15sccm；真空度：7.910-4Pa；溅射气压：5Pa溅射功率：100w；溅射时间：60minTiO2+10minTi,11,2.3制备TiO2致密层（磁控溅射法&旋涂法）,旋涂法（溶液法）,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由无定形态变为锐钛矿,均匀致密的TiO2膜，厚度60nm，但是膜的稳定性没有磁控溅射的好,12,2.4两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层,配制CH3NH3I异丙醇溶液,浓度10mg/mL的碘甲胺异丙醇溶液20mL,13,2.4两步法制备CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿光吸收层,CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿薄膜的制备流程,在TiO2膜上旋涂PbI2-xMACl溶液（转速3500rpm，时间30秒），在70下退火30分钟生成PbI2-xMACl膜；,将制得的膜浸润在10mg/mLCH3NH3I异丙醇溶液中2.5分钟，再用异丙醇冲洗，2000rpm旋干溶剂10s；,最后在70下加热30分钟得到钙钛矿膜CH3NH3PbI3-xClx（x=0,0.1,0.15,0.2,0.25）。,14,装配电池的其他步骤,2.6,2.7,制备HTM层,配制HTM溶液：磁力搅拌A液（氯苯、spiro-OMeTAD、4-叔丁基吡啶）和B液（乙腈、双三氧甲烷磺酰亚胺锂）匀胶机上旋涂30s后手套箱中静置12小时,光阴极制备,光阳极焊铟,-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,真空蒸镀法将金属银蒸镀到空穴传输层上，膜厚约为50nm,钙钛矿太阳能电池试样,2.5,15,I,X射线衍射（XRD）物相分析,II,扫描电镜（SEM）微观形貌分析,III,紫外可见光分光光度记（UV-vis）吸收光谱,IV,电池量子效率分析（IPCE测试）,V,光伏特性曲线（J-V曲线）分析,2.8表征方法,16,2.9PSCs的基本参数介绍,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，=1240,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。,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。,钙钛矿太阳能电池的光伏特性曲线,17,Chapter,3,实验结果和数据分析,章节,18,PbI2在12.7处（001）特征衍射峰PbI2含量的减少,3.1XRD物相分析,PbI2层的XRD,(a)TiO2上PbI2-xmmolMACl膜的XRD图(b)1115内放大图,19,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,钙钛矿层的XRD分析,(a)CH3NH3PbI3-xClx/TiO2膜的XRD图(b)1216范围内放大的XRD图,20,3.2PbI2层的微观形貌,(a)0mmol(b)0.1mmol(c)0.15mmol(d)0.2mmol(e)0.25mmol(f)不同x值PbI2-xmmolMACl膜的照片,微孔数目和尺寸：先减后增,形成一定数量的钙钛矿晶体,21,(a)0mmol(b)0.1mmol(c),(f)0.15mmol(d)0.2mmol(e)0.25mmol(g)电池截面图,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,22,3.3吸收光谱分析（UV-vis）,Loremipsumdolorsitametconsecteturadipisicingelitseddoeiusmod,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,23,3.4PSCs的光伏特性曲线,电子空穴对复合几率的下降,24,3.5IPCE分析,加入0.15mmol时，电池最高量子效率从75%提升到84%在600nm710nm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。,25,3.6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,电池的平均效率从9.7%上升到11.4%,26,论文结论,4,掺杂对PbI2膜的影响,01,掺杂对吸光的影响,掺杂对钙钛矿膜的影响,掺杂对转换效率的影响,04,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,掺入适量增强钙钛矿膜对某些波长光的吸收率，掺入过多