钙钛矿太阳能电池空穴传输层的电学性能优化研究报告

1、报报 告告 人：李倩仪人：李倩仪指导老师：李世彬指导老师：李世彬钙钛矿太阳能电池空穴传输层钙钛矿太阳能电池空穴传输层电学性能的优化研究电学性能的优化研究目录1研究意义与发展动态2选题依据与拟解决问题3研究内容及实施方案4课题特色5预期成果*研究意义与发展动态研究意义与发展动态 材料简介材料简介分子式：分子式：ABX3A:CH3NH3+(MA)、 NH2CH=NH2+(FA)或或CsB:Pb或或SnX:Cl、Br或或I特性：直接带隙、低非辐特性：直接带隙、低非辐射复合、缺陷容忍能力大、射复合、缺陷容忍能力大、制备工艺简单制备工艺简单Nature Photonics, 2014, 8 (7): 5

2、06-514* 研究意义研究意义 钙钛矿薄膜太阳能电池成本低钙钛矿薄膜太阳能电池成本低 制备工艺简单，效率高制备工艺简单，效率高 最有潜力取代硅太阳能电池最有潜力取代硅太阳能电池 制备柔性太阳能电池制备柔性太阳能电池* 发展动态发展动态 Miyasaka: CH3NH3PbBr3 替代染料替代染料 转换效率转换效率2.2%2009 Miyasaka: 利用利用I替代替代Br 转换效率转换效率3.9%2011 Park: 沉积稀疏小颗粒钙沉积稀疏小颗粒钙钛矿吸收层钛矿吸收层 转换效率转换效率6.5%Proc. 210th ECS Meeting(ECS,2006)J Am Chem Soc, 2

3、009, 131 (17):6050-6051Nanoscale, 2011, 3 (10): 4088-4093.* 发展动态发展动态Nature, 2013, 501 (7467): 395-398 Park : 利用利用固态空穴传输固态空穴传输 层层 转换效率转换效率9.7%2013 Snaith: 双源蒸发、平板结双源蒸发、平板结构构 转换效率转换效率15.3%Science, 2014, 345 (6196): 542-546 Yangyang：TiO2掺掺Y、界面、界面修饰修饰 换效率换效率19.3%Sci Rep, 2012, 2: 591-597* 发展动态发展动态2015 S

4、ang II Seok: FAPbI3 、分分子内部置换子内部置换 转换效率转换效率20.1%2016 Micheal: 采用采用FAI、PbI2、 MABr、PbBr2比例调控比例调控 转换效率转换效率20.8%2016 Micheal : 有机基团中有机基团中引入引入Cs 转换效率转换效率21.1%Science, 2015, 348 (6240): 1234-1237Sci Adv, 2016, 2 (1): e1501170.Energy Environ Sci, 2016:*选题依据与拟解决问题选题依据与拟解决问题 主要理论 钙钛矿太阳能电池工作原理选题依据*选题依据 Spiro-O

5、MeTAD缺点 本身导电性较差。 价格较贵 容易分解 Spiro-OMeTAD优点 与钙钛矿材料HOMO能级近似 较大的带隙宽度 空穴取出能力强，PCE较高*选题意义1. 不同的掺杂剂能提高Spiro-OMeTAD导电性能。2. 不同的掺杂剂之间比例极大影响空穴传输层的导电性、空穴复合率等性能。所以研究不同掺杂剂的掺杂量对钙钛矿太阳能电池的性能提高具有重要的意义。 * 拟解决的问题拟解决的问题获得空穴传输层有效掺杂方法以及相应的成膜方法获得制备致密氧化钛以及高结晶致密钙钛矿薄膜方法准确测试钙钛矿太阳能电池电学性能拟解决的问题*研究内容及实施方案研究内容及实施方案 研究理论基础研究理论基础掺杂原

6、理：掺杂原理：spiro-OMeTAD中掺杂Li-TFSI的效果类似于加入了p型掺杂剂，具体的掺杂效果与价级水平即氧化程度有关：空气中氧气氧化钴类（III）的p型掺杂剂进行氧化研究内容* 研究简介研究简介 研究方法：物理化学实验法研究方法：物理化学实验法 实验内容：实验内容： 空穴传输层掺杂的研究空穴传输层掺杂的研究 钙钛矿太阳能电池完备器件的制备钙钛矿太阳能电池完备器件的制备研究内容* 掺杂对空穴传输层薄膜电学性能的影响研究掺杂对空穴传输层薄膜电学性能的影响研究 控制Co掺杂量不变，变化Li掺杂量，获得溶液旋涂获得薄膜并通过四探针测试薄膜测试电导性； 控制Li掺杂量不变，变化Co掺杂量，获得溶液旋涂获得薄膜并通过四探针测试薄膜测试电导性。实施方案* 太阳能电池完备器件的制备太阳能电池完备器件的制备 电子传输层的制备：喷雾热解法 钙钛矿薄膜的制备：一步法旋涂钙钛矿溶液 空穴传输层的制备：旋涂法 金属电极的蒸发：热蒸发法 测试：模拟太阳能光测试器件的J-V曲线以及稳定输出电流实施方案* 实验手段：实验手段：喷雾热解法喷雾热解法旋涂、烧结旋涂、烧结一步法旋涂、热退火一步法旋涂、热退火旋涂旋涂热蒸发热蒸发实施方案*课题特色课题特色课题特色 类比应用：类比应用： 此种掺杂方法在染料敏化电池中应用方法相似。 选择范围广：选择范围广： 钴类（）的配合物较多，可选择方案较多。*预期成果预