论文总字数：30771字

摘 要

近些年来，钙钛矿太阳能电池发展迅速，但钙钛矿太阳能电池稳定性一直阻碍着它的商业化发展。界面修饰是提升钙钛矿太阳能电池稳定性的有效方法之一。论文利用磷酸根容易与铅离子反应的特性，采用界面修饰的方法，探究了不同磷酸盐以及磷酸对钙钛矿薄膜稳定性的影响，并通过调整溶液浓度，实现了效率与稳定性兼备的钙钛矿太阳能电池。研究结果表明：

（1）利用磷酸，苯基膦酸和苯膦酸的IPA溶液，在钙钛矿层的上表面进行了界面修饰，通过调整浓度，得出三种药品处理的器件效率都随着浓度的升高而下降

（2）磷酸作为界面修饰材料作用于钙钛矿时，能够提升钙钛矿薄膜稳定性，在0.01 mg/mL时浓度磷酸修饰湿稳定性提升最大；而热稳定性没有提升。

（3）苯膦酸作为界面修饰材料作用于钙钛矿时，不高于0.1 mg/mL浓度能够提升钙钛矿薄膜湿稳定性，其中0.1 mg/mL浓度苯膦酸修饰增益作用最明显，在 1 mg/mL时则降低了钙钛矿薄膜的湿稳定性；而不高于0.1 mg/mL浓度对钙钛矿薄膜热稳定性没有提升，在1 mg/mL时对钙钛矿薄膜的热稳定性有明显增益。

（4）苯基膦酸作为界面修饰材料作用于钙钛矿时，不小于0.1 mg/mL浓度能够提升钙钛矿薄膜湿稳定性，其中0.1 mg/mL浓度苯基膦酸修饰增益作用最明显，在1 mg/mL时对钙钛矿薄膜的湿稳定性没有增益；而在不小于0.1 mg/mL时对钙钛矿薄膜的热稳定性有明显增益，其中1 mg/mL浓度苯基膦酸修饰增益作用最明显。

关键词：钙钛矿；有机磷酸盐；界面修饰；稳定性

Abstract

In recent years, perovskite solar cells have developed rapidly, but the stability of perovskite solar cells has been hindering its commercial development. Interface modification is one of the effective methods to improve the stability of perovskite solar cells. In this paper, the influence of different phosphates and phosphoric acid on the stability of Perovskite Thin films was studied by using the method of interface modification, and the perovskite solar cells with both efficiency and stability were realized by adjusting the solution concentration. The results show that：

(1) The IPA solutions of phosphoric acid, phenylphosphonic acid and phenyl-phosphonic acid were used to modify the interface on the top surface of the calcium titanium layer. By adjusting the concentration, the device efficiency of the three drugs decreased with the increase of the concentration.

(2) When phosphoric acid acted as interface modifying material on perovskite, it could improve the stability of perovskite film. When the concentration of phosphoric acid was 0.01 mg/mL, the wet stability of perovskite film was improved the most, but the thermal stability was not improved.

(3) When phenylphosphonic acid acted on perovskite as interface modification material, the concentration of 0.1 mg/mL or less could improve the wet stability of perovskite film, of which the concentration of 0.1 mg/mL had the most obvious effect on the gain of phenylphosphonic acid modification, while the concentration of 0.1 mg/mL or less did not improve the thermal stability of perovskite film, and the concentration of 0.1 mg/mL or less could improve the thin perovskite film The thermal stability of the film has obvious gain.

(4) When phenylphosphonic acid acts as interface modifier on perovskite, the concentration of no less than 0.1 mg/mL can improve the wet stability of perovskite film, of which the concentration of 0.1 mg/mL has the most obvious effect on the wet stability of perovskite film, while the concentration of no less than 0.1 mg/mL has no obvious effect on the wet stability of perovskite film, and the concentration of no less than 0.1 mg/mL has obvious effect on the thermal stability of perovskite film, of which 1 mg/mL The concentration of phenylphosphonic acid is the most obvious.

Key Words：perovskite；phosphate；interface modification；stability

目录

第1章 绪论 1

1.1 钙钛矿太阳电池的研究背景 1

1.2 钙钛矿太阳能电池 2

1.2.1 钙钛矿晶体结构 2

1.2.2 钙钛矿太阳能电池结构 3

1.2.3 钙钛矿太阳能电池工作原理 4

1.3 本论文的选题意义与主要研究内容 5

1.3.1 选题意义 5

1.3.2 主要研究内容 6

第2章 器件制备及其相关表征 7

2.1 实验试剂及仪器 7

2.2 钙钛矿太阳能电池制备步骤 9

2.2.1 导电玻璃的刻蚀和清洗 9

2.2.2 运用化学浴沉积法制备电子传输层 9

2.2.3 旋涂制备钙钛矿吸光层 9

2.2.4 磷酸及有机磷酸盐处理 10

2.2.5 旋涂制备 Spiro-OMeTAD 空穴传输层 10

2.2.6 蒸镀制备 Au 对电极 10

2.3 材料表征技术 10

2.3.1 x射线衍射分析 10

2.3.2 光电转化特性分析 10

2.3.3 紫外-可见光吸收光谱分析 11

第3章 磷酸以及不同有机膦酸盐处理对器件效率影响的研究 12

3.1 磷酸以及不同有机膦酸盐在不同溶剂下的溶解度的研究 12

3.2 磷酸以及不同有机膦酸盐界面修饰对器件效率的影响 12

3.2.1 磷酸界面修饰对器件效率的影响 12

3.2.2 苯基膦酸界面修饰对器件效率的影响 13

3.2.3 苯膦酸酸界面修饰对器件效率的影响 14

3.3 本章小结 15

第4章 磷酸以及不同有机膦酸盐处理对器件效率稳定性的研究 16

4.1 磷酸界面修饰对钙钛矿薄膜稳定性的研究 16

4.1.1 磷酸界面修饰对钙钛矿薄膜湿稳定性的研究 16

4.1.2 磷酸界面修饰对钙钛矿薄膜热稳定性的研究 21

4.2 苯膦酸界面修饰对钙钛矿薄膜稳定性的研究 22

4.2.1 苯膦酸界面修饰对钙钛矿薄膜湿稳定性的研究 22

4.2.2 苯膦酸界面修饰对钙钛矿薄膜热稳定性的研究 26

4.3 苯基膦酸界面修饰对钙钛矿薄膜稳定性的研究 27

4.3.1 苯基膦酸界面修饰对钙钛矿薄膜湿稳定性的研究 27

4.3.2 苯基膦酸界面修饰对钙钛矿薄膜热稳定性的研究 31

4.4 本章小结 32

第5章 总结与展望 33

5.1 结论 33

5.2 展望 33

参考文献 34

致谢 36

附录A 37

附录B 40

附录C 41

第一章 绪论

1.1钙钛矿太阳能电池的研究背景

作为人类生存必须的条件，能源一直是人类关注的焦点。很久以前，古人类学会了钻木取火，人类便开始熟食生活，引起了生理的极大变革，使人类从动物中彻底分离出来；18世纪60年代，瓦特发明蒸汽机，人类将热能转化成了动能，引发了第一次工业革命；19世纪中期，电力的发明使人们爆发了第二次工业革命。每次我们对于能源获取和利用的技术的改进，都标志着人类社会文明的重大进步。从第一次工业革命后，煤、石油、天然气登上了历史的舞台，至今依旧是最主要的供能来源。可是，随着对于煤、石油、天然气的利用，对环境的破坏也暴露出来，空气遭到污染，雾霾、酸雨天气时常出现，全球变暖，南极、北极冰川融化，海平面上升等等。另一方面，这些传统能源是属于不可再生能源，这些传统能源的再生速度远远不及我们的消耗速度，无法源源不断的供我们的使用，这些传统能源终将耗尽。因此，将依靠于传统化石能源的供能系统转变为依靠于新型清洁能源的行动十分必要和迫切了。现今，全世界都已经意识到了传统化石能源的一些弊端和已经体现出的局限性，都开始寻求和倡导对于新型清洁可再生能源的开发和利用，目前已经重点开发和利用的有风能、水能、生物质能和太阳能。

其实，对于太阳能的利用，我们很早就已经开始了，如种植粮食、海水晒盐等，到现在的太阳能热水器，但这些手段多半是利用太阳光的热能，应用领域狭窄。而光伏技术则是一种新的对太阳光的利用。光伏技术是通过光伏器件将光能转换为电能。它被视为能够改变现有供能模式的一种最可行的技术。第一代高效率的晶硅太阳能电池发展十分迅速，也是目前太阳能电池市面上的主流，但是其生产制造过程极其复杂，生产过程中能耗极大，与其设计初衷不符，并且成本高，随着人们不断的研发，太阳能发电成本逐渐下降，已经有硅太阳能电站投入使用，但其使用领域仍然受限；第二代多元化合物薄膜太阳能电池解决了 硅基太阳能电池能耗大的问题，但是其原料难得，并多数含有剧毒限制了其发展。现在，以有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池为代表的第三代太阳能电池也逐渐发展了起来，这类电池的特点是可溶液加工，制备柔性电池，成本低，并且来源广泛，前景可观。

钙钛矿型太阳能电池作为第三代新型的光伏器件，在材料成本和制备工艺这两方面均具有突出优势。从2009年Miyasaka等人首次将CH₃NH₃PbX₃(X=Br,I)材料应用到染料敏化太阳能电池中，取得了3.8%的光电转化效率^[1]开始，对于钙钛矿这一类材料在光电转换方面的研究越来越多。2011年，Park制备了量子点敏化的钙钛矿太阳能电池，器件效率达到6.54%，是当时效率最高的无机量子点敏化电池^[2]。但是由于液态电解质的影响，钙钛矿太阳能电池存在稳定性差的问题，在这种迫切的需求之下，全固态电解质出现了。2012年，Park与 Grἂtzel合作，将固态空穴传输材料spiro-OMeTAD应用于钙钛矿太阳能电池中，在 CH₃NH₃PbI₃体系下的钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率达到了9.7%，并且在未经过封装的条件下，500h内的效率几乎不衰减，反而略有上升^[3]。同年10月，Snaith课题组对于钙钛矿太阳能电池结构进行了设计，研究制备了以Al₂O₃介孔结构为支架层的钙钛矿太阳能电池，器件效率达到了10.9%^[4]。2013年，Grἂtzel等人采用两步法制备钙钛矿太阳能电池，首先在制备好的TiO₂薄膜上，旋涂上一层PbI2，随后浸入CH₃NH₃I的溶液中，电池器件效率能够达到15%^[5]。同年Seok课题组研究了由介孔层和平面层组成的双层结构，电池效率达到 16.2%,并且几乎无滞后^[6]。2014年Seok教授通过内部的分子交换实现了甲脒基钙钛矿结晶的可控性，器件效率达到20.1%^[7]。随后通过在I₃^-离子的引入实现了钙钛矿的缺陷的钝化，效率达到22.1%^[8]。在今年韩国化学技术研究所和麻省理工学院联合实现了25.2%的认证效率，和最好的非异质节单晶硅太阳能电池仅差0.9%,有望能够真正成为能源问题的解决方案。

请支付后下载全文，论文总字数：30771字

相关图片展示：