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摘 要

作为新能源的代表，太阳能分布广泛，属于可再生的清洁能源，并且光伏产业和产品技术日趋成熟，太阳能电池制作成本越来越低，光电转化效率越来越高。钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池的代表，具有一系列优良性质，从而引起人们的广泛关注。

本实验采用两步旋涂法制备钙钛矿CH₃NH₃PbI₃基太阳能电池。此方法虽然稍微复杂，但是制备的样品性能相对来说较高，结果较为理想。但是由于生成的钙钛矿薄膜晶粒较小并且表面不平整，所以使钙钛矿薄膜的生成过程在DMF气氛中进行，使晶粒长大，提高电池性能。本次实验分别探讨了PbI₂溶液浓度，不同体积DMF添加，DMF气氛对于薄膜形貌以及性能的影响。

关键词：两步旋涂法 DMF气氛 钙钛矿薄膜 光电性能

Preparation of large-grain perovskite solar cells assisted by DMF atmosphere

Abstract

As a representative of new energy, solar energy is boundless and pertains to reproducible ones. With the development of photovoltaic industry and product technology, the production cost of solar cells is getting lower and lower, and the photoelectric conversion efficiency is getting higher and higher. Perovskite solar cells, as the representative of the third generation solar cells, have a series of excellent properties, which has attracted wide attention.

In this experiment, perovskite CH₃NH₃PbI₃-based solar cells were prepared by two-step spin-coating method. Although this method is complicated, the products have excellent performences. However, the perovskite thin films have small grain size and uneven surface. So the formation process of perovskite thin films is carried out in DMF atmosphere, which makes the grain grow and improves the performance. The effects of concentration of PbI₂ solution, different volume of DMF and DMF atmosphere on the device were discussed.

Key words:Two-step spin coating; DMF atmosphere; Perovskite thin films; Photoelectric Properties

目 录

摘要 I

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 钙钛矿结构和器件的优势 1

1.2.1 钙钛矿结构 1

1.2.2 钙钛矿薄膜电池的优势 2

1.3 钙钛矿薄膜制备方法 2

1.3.1 一步溶液法 2

1.3.2 分步沉积法 2

1.3.3 热蒸法 2

1.3.4 两步旋涂法 2

1.4 钙钛矿太阳能电池性能的参数 3

1.4.1 V_OC 3

1.4.2 J_SC 3

1.4.3 P_max 3

1.4.4 FF 3

1.4.5 PCE 3

1.5 课题研究的内容和意义 4

第二章 实验部分 5

2.1 药品和实验仪器 5

2.2 实验流程 5

2.3 电池性能参数表征参数 7

第三章 钙钛矿薄膜的制备 8

3.1 PbI₂溶液浓度的影响 8

3.2 不同体积DMF添加的影响 11

第四章 DMF气氛对于薄膜质量及其性能的影响 16

第五章 实验结论 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

从木材、炭，再到石油天然气。能源的开发和利用伴随着社会和历史的进步，随着现代社会的高速发展，人类对能源的需求逐步提高。化石能源的大量使用产生了比较严重环境问题，包括空气污染和日益恶化的CO₂全球温室效应。

太阳能电池所利用的太阳光分布广泛，几乎在世界每个地方都可以应用，不用考虑其输送问题。其次，太阳能在使用过程中，不会出现像化石能源那样面临枯竭的问题。然而要想实现太阳能电池的普及，困难不容小觑，需要解决制作成本过高，生产过程有环境污染等问题。因此，各大高校和科研院所努力研究探索高稳定性、绿色生产、成本低、高效率的新型太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池是一种将光能转化为电能的装置。钙钛矿太阳能电池工作机制并不复杂，当钙钛矿吸收层受到光照时，光能会使薄膜内的空穴、电子相分离，通过一些特殊电池结构，形成回路^[1]。

1.2 钙钛矿及其电池结构

1.2.1 钙钛矿结构

图1-1就是钙钛矿的晶胞模型。X原子构成八面体的顶点，而在模型的中心就是M原子，M原子到各个顶点的距离相等，呈现较为稳定的模型。A原子作为顶点在八面体的外边构成正方体格子。实际上，A原子是被8个八面体包围在正中心而形成的钙钛矿的稳定结构。并且这8个立方模型是通过各自的顶角相连接的^[2]。这种结构有很多优点：共顶点三维结构更稳定，网络间隙大，有利于缺陷扩散。三种原子的位置对应不同的原子或离子的种类，例如，被多个八面体包围的中心位置可以是C₆H₅CH₂NH₃ 等有机胺阳离子，而每个八面体的中心位置可以是Mg² ，而八面体的顶点位置一般是氯、溴、碘等离子^[3]。

图1-1典型钙钛矿晶胞模型和顶点共享晶体堆积图

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