摘 要

本课题旨在通过掺杂钙钛矿前驱体溶液的方式，减弱乃至消除制备的无空穴传输层型钙钛矿太阳能电池的磁滞效应。钙钛矿太阳能电池是新兴的第三代太阳能电池，具备优异的光电转换性能、低廉的成本以及制备方式简单等显著优点。而磁滞效应被认为是影响钙钛矿太阳能电池稳定性的因素之一，减弱乃至消除磁滞效应对钙钛矿太阳能电池未来的发展有着至关重要的作用。

论文主要研究了采用加入过量氯化甲胺的方式减弱磁滞效应的现象，改善填充工艺以提升电池性能，同时通过荧光光谱测试，XRD等一系列测试表征，证明磁滞效应被减弱的原因。

研究结果表明：在钙钛矿前驱体溶液中加入过量氯化甲胺，可以使得钙钛矿吸光层和TiO₂电子传输层之间的接触更好，电子的传输更通畅，这是改善磁滞效应的原因。

本文的特色：采用简单易行，重复性较高的方式减弱了钙钛矿太阳能电池的磁滞效应，同时提出了营造溶剂气氛的填充工艺，优化了电池的性能。

关键词：钙钛矿太阳能电池、磁滞效应、前驱体掺杂、无空穴传输层

Abstract

This graduate thesis aimed at alleviating photocurrent hysteresis via introducing solutes into perovskite precursor based on Hole-Conductor-Free mesoscopic perovskite solar cells. Perovskite solar cells is the 3^rd generation of solar cells, famous for its fantastic photovoltaic conversion efficiency, low cost and simple procedure of fabrication. The photocurrent hysteresis is one of the main reasons that influence the stability of perovskite solar cells, alleviating or even evacuating this phenomenon might be important for future development of this special solar cells.

We prove that through adding excessive MACl into perovskite precursor can alleviate photocurrent hysteresis, and we characterized the perovskite film with Photoluminescence test, X-Ray Diffraction and so on, to analyze the reason why hysteresis can be alleviated.

The result of our research shows that because of the excessive MACl, the contact between light absorbing layer and electron transporting materials can be improved so that the problem of charge accumulation might be relieved, which leads to the alleviation of photocurrent hysteresis with doping of 5-AVA.

The highlight of this graduate thesis is that we find a simple way of alleviating photocurrent hysteresis through addition of materials into perovskite precursor, and we also invent another dipping and drying procedure with solvent atmosphere to improve the performance of solar cells.

Key words: perovskite solar cells, photocurrent hysteresis, doping of precursor, hole-conducting-materials free

目 录

第1章 绪论..................................................................1

1.1 研究背景.............................................................1

1.2 研究的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施.........................4

1.2.1 基本内容.......................................................4

1.2.2 研究目标.......................................................4

1.2.3 技术方案及措施.................................................4

1.3 钙钛矿太阳能电池的工作原理...........................................4

第2章 实验..................................................................7

2.1 实验耗材及实验仪器...................................................7

2.1.1 耗材...........................................................7

2.1.2 实验仪器.......................................................7

2.2 实验过程.............................................................8

2.2.1 FTO玻璃刻蚀及清洗.............................................8

2.2.2 钙钛矿前驱体溶液的配置.........................................8

2.2.3 膜层材料的制备.................................................8

2.2.4 钙钛矿太阳能电池器件的制备.....................................9

2.3 测试及表征...........................................................9

2.3.1 J-V测试........................................................9

2.3.2 稳态荧光发光光谱（PL）测试....................................10

2.3.3 X射线衍射（XRD）测试.........................................10

2.3.4 扫描电子显微镜（SEM）及能谱仪（EDS）测试.....................10

2.3.5 单色光电转化效率（IPCE）测试..................................10

第3章 结果及讨论...........................................................11

3.1 J-V测试结果及分析...................................................11

3.2 稳态荧光发光光谱测试结果及分析......................................13

3.3 X射线衍射结果及分析.................................................14

3.4 扫描电子显微镜（SEM）、能谱仪（EDS）测试结果及分析..................14

3.5 光电转化效率（IPCE）测试结果及分析...................................16

3.6 小结................................................................17

第4章 结论................................................................19

参考文献....................................................................20

致谢........................................................................22

第1章 绪论

1.1研究背景

随着能源问题的日益加剧，人们对于寻找及充分利用可再生能源的需求也越来越迫切。到目前为止，人们已经可以使用的可再生能源包括风力发电，水力发电，核能及太阳能等多种获取能量的渠道。然而在上述可再生能源中，水力、风力发电受环境因素制约较大，而利用核能所造成的附加环境损耗及其较高的危险性，包括核废料的处理，一直饱受指摘，进而导致核能的进一步利用受到限制^[1]。而太阳能作为一种可持续获得的清洁能源而倍受青睐，并有文献报道了其未来的经济性及可靠性^[2]。由此可见，大力推广太阳能的使用，推进光伏材料及器件的发展，是与人类未来的发展密切相关，且符合人类未来需求的。

太阳能电池作为一种优异的光电转换器件，由于可以直接将光能转换为电能，而受到广泛关注及大面积应用。第一代光伏太阳能电池是晶硅太阳能电池，也是目前市面上市场占有率最高，应用最为广泛的一类太阳能电池。但是由于晶硅太阳能电池需要使用高纯硅材料，其原材料的制备及加工会导致高耗能及高污染，从而推高了该类型电池的使用成本；第二代薄膜太阳能电池，包括CuInGaSe、GaAs等类型的太阳能电池，由于可以容忍更大密度的缺陷，从而得到快速发展。然而环境污染，使用材料的保有量较少等问题，也制约了该类型的太阳能器件的广泛应用；第三代太阳能电池包括染料敏化太阳能电池及有机聚合物太阳能电池，这两种太阳能电池因制备工艺简便、原材料丰富而受到广泛关注；但其问题也非常明显，例如光电转换效率不高，工作机理复杂及大面积生产工艺受限等，而迟迟无法得到大面积应用^[3]；而作为新兴的第三代光伏技术，钙钛矿太阳能电池同时具备第三代太阳能电池廉价的优势和第一代太阳能电池高效的特性，具备良好应用前景。