钙钛矿CH3NH3PbX3薄膜的低温原位合成及 在杂化薄膜太阳能电池中的应用-无机化学专业论文.docxVIP

万方数据 万方数据 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研 究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者：  日期： 年 月 日 学位论文使用授权声明 本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。 根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部 门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州 大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学 位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑 州大学。必威体育官网网址论文在解密后应遵守此规定。 学位论文作者： 日期： 年 月 日 摘要 摘要 摘 要 当前太阳能电池器件生产工艺中，存在着诸多问题，比如原材料的生产能 耗较高，p-n 结制备能耗也居高不下，生产工艺流程复杂等。解决以上能耗问题 和工艺问题的一项重要途径就是：利用低温原位制备技术可以获得一种具有较 好光电性能的窄带隙材料，并且在低温条件下将其与其它半导体材料杂化构成 p-i-n 结，进而再组装成具有一定光电转化效率的太阳能电池器件。近年来，钙 钛矿薄膜太阳能电池在太阳能电池领域异军突起，短短 7 年的时间就将效率从 3.8%提高到 20%以上，引起了人们的广泛关注。文献报道中的制备方法有溶液 法、蒸发法、蒸发辅助溶液法、喷涂法等，大部分需要高温、高真空、高能耗。 本文利用低温原位合成方法，于大气环境下，在 FTO 导电玻璃基底表面以单质 铅薄膜为前驱体原位制备出钙钛矿 CH3NH3PbI3 和 CH3NH3PbBr3 半导体薄膜材 料，并对其反应机理进行了探究。该方法具有以下优点，如能耗极低，反应物 简单，溶剂可以回收加以重复利用，整个制备过程无毒、绿色环保。本文系统 地测试了所制备的钙钛矿半导体薄膜材料的光电性能，结果表明碘化甲胺铅和 溴化甲胺铅这两种钙钛矿材料都具有较好的光电响应，且表现出 p 型半导体特 性。瞬态表面光电压 TPV 测试结果也证实了相对于文献中报道的两步法，它具 有一样长的载流子寿命和一样快的光生载流子迁移率。在成功合成钙钛矿半导 体薄膜的基础上，将窄带系半导体材料碘化甲胺铅与 n 型无机半导体 ZnO 和 p 型有机半导体 spiro-OMeTAD 杂化，设计并组装了以钙钛矿碘化甲胺铅为主要光 吸收层的有机-无机杂化薄膜太阳能电池器件，进而探讨了多种影响光电转化效 率的因素 。 最终在以无水乙醇为溶剂的条件下制备出了 具有 FTO/ZnO/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Au 结构的杂化太阳能电池器件并获得了 6.44%的光电转化效率。同时也装配出了大面积钙钛矿太阳能电池(≧1.00 cm2)， 光电转换效率达到 3.00%。在以上基于碘化甲胺铅的薄膜太阳能电池的基础上， 本文还成功制备出溴化甲胺铅半导体薄膜材料，系统地探究了各种反应条件对 制备的 溴化甲胺铅 薄膜形貌的影响， 并初步探究了具有 FTO/ZnO/ CH3NH3PbBr3/spiro-OMeTAD/Au 结构的钙钛矿薄膜太阳能电池器件的组装，测 试了相关性能，获得了 0.5%的光电转化效率（AM1.5G）。 I 虽然近三年来有关于钙钛矿太阳能电池的报道层出不穷，但我们目前的 研究工作依然有着以下几点创新性：（1）据我们所知，这是首次报道用单质铅 作为前驱体来制备钙钛矿太阳能电池，是一种全新的无机反应；（2）整个薄膜 制备及器件组装都在室温大气环境中进行，并且具有较高的器件稳定性；（3） 这样一种从单质铅开始的原位反应有助于制备大面积且均匀的钙钛矿薄膜。我 们已经初步组装了一些电池器件，其中也包括一些大面积的器件(≧1.00 cm2)， 并且测试了它们在标准条件下的光电性能(AM1.5, 100 mW?cm-2)。 我们将以此为指导来设计、组装各种基于钙钛矿的薄膜太阳能电池器件。 通过对器件界面微结构的调控及优化来实现此类新型钙钛矿电池器件的光电转 换效率的提高。这将对钙钛矿薄膜太阳能电池的光伏性能的提升和理论研究产 生一定积极的推动作用。 关键词： 室温 原位 单质铅 钙钛矿薄膜 大面积 太阳能电池 II Abs Abstract Abstract At present， production process of solar cell devices have faced several issues，for instance, he