摘 要

钙钛矿太阳能电池由于其效率高、易成膜、成本低廉、工艺简单、吸光性能好、载流子迁移率高以及可实现柔性器件等优点，近年来得到了快速的发展，越来越受到国际上广泛研究者的关注。基于钙钛矿太阳能电池的种种优点，其效率在不断攀升，但稳定性才是关系到其能否真正实现商业化的关键问题。目前提高钙钛矿太阳能电池的稳定性的方法丰要包括改善钙钛矿活性层的自身稳定性、优化器件结构与封装、改善电子传输层（Electron Transport Layer，ETL）、空穴传输层（Hole Transport Layer，HTL）以及电极层来提高电池的稳定性等。本论文集中于寻找替代性电极体系，通过对反型钙钛矿太阳能电池常用的Ag电极材料进行修饰来提高电池的稳定性，主要开展了以下工作：

（1）掌握钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次进行FTO导电玻璃基底的刻蚀与清洗，NiOx空穴传输层的制备，MAPbI3钙钛矿吸光材料的旋涂，PCBM电子传输层的旋涂，Ag电极的蒸镀。

（2）在（1）的基础上，探索蒸镀铬电极的条件。在这里我们通过对蒸速、蒸镀厚度以及是否通氧等蒸镀条件的探索，以及对电池性能以及稳定性的表征，得出以蒸速0.4 Å/s蒸镀10nm条件为实验中最优。在基本保持电池原有性能的基础上，稳定性优于标准钙钛矿太阳能电池。

关键词：钙钛矿太阳能电池；稳定性；电极；铬

Abstract

Perovskite solar cells(PSCs) have been developed rapidly in recent years and has been more and more attracting attention by lots of researchers owing to their advantage of high power conversion efficiency(PCE), easy to form the coating,low cost, simple process, good light absorption, high carrier mobility and high-flexibility.Due to kinds of advantages of the PSCs,their PCE has been rising constantly,However, the stability of these devices will determine whether they can be made commercially. Several practical methods to enhance the stability of PSCs have been developed,including improving the stability of the perovskite layer itself,optimizing the device’s structure and improving electron transport layer(Electron Transport Layer,ETL),hole transport layer(Hole Transport Layer,HTL) and electrode layer to enhance their stabilities.In this thcsis，we focused on cnhancing stability of inverted structure perovskite solar cells(ISPSCs) devices by modifying silver electrode，and carried out the following two works：

(1)Mastering the method of preparation of PSCs,carring out etching of FTO conductive glass substrate, preparation of NiOx HTL,spinning coating the MAPbI3 perovskite layer and PCBM ETL and thermal evaporation of Ag electrode.

(2)On the basic of (1),we explore the condition of Chromium(Cr) electrode’s thermal evaporation.through the exploration of the evaporation speed,coating thickness and whether adding oxygen and characterization of the devicel’s performance and stability,we conclude the best condition is evaporation 10nm Cr at the speed of 0.4 Å/s,whose stability are better than standard PSCs on the premise of keep initial performance.

Keywords:Perovskite solar cells,stability,electrode,Chromium

目 录

第一章 绪论 1

1.1 课题研究的目的意义 1

1.2 钙钛矿太阳能电池的结构及原理 1

1.2.1 钙钛矿材料 1

1.2.2 钙钛矿太阳能电池结构与工作原理 2

1.3 钙钛矿太阳能电池的发展历程及研究现状 3

1.3.1 正式钙钛矿太阳能电池的发展历程 3

1.3.2 反式钙钛矿太阳能电池的发展历程 5

1.3.3 钙钛矿太阳能电池的国内外研究现状 6

1.4 钙钛矿太阳能电池的光电性能 8

1.5 钙钛矿薄膜的制备方法 9

1.5.1 一步溶液沉积法 9

1.5.2 两步连续溶液沉积法 9

1.5.3 双源气相沉积法 10

1.5.4 气相辅助溶液法 11

1.6 本论文的研究思路与主要内容 11

第二章 实验方法和内容 13

2.1 试剂与实验仪器 13

2.1.1 化学试剂及原料 13

2.1.2 主要实验仪器 14

2.2 电池器件的制备 14

2.3 样品测试和表征 15

2.4 钙钛矿材料性能表征 16

2.4.1 钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃）材料的紫外可见光谱分析 16

2.4.2 钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃）材料的晶体结构分析 16

2.4.3 钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃）材料的形貌分析 17

2.5 蒸镀Cr的钙钛矿太阳能电池 18

2.6 器件伏安特性研究 19

第三章 钙钛矿太阳能电池的稳定性 21

3.1 钙钛矿（CH₃NH₃PbI₃）材料的稳定性研究 21

3.2 金属铬（Cr）的覆盖率探究 22

3.2.1 Cr的金属膜导电性测试 22

3.2.2 Cr的SEM测试 23

3.3 水、氧、光照稳定性 24

3.4 电极稳定性 26

3.5 器件稳定性 28

第四章 结论与展望 31

4.1 全文研究内容结论 31

4.2 工作展望 31

参考文献 32

致谢 36

第一章 绪论

1.1 课题研究的目的意义

在科技迅速发展的今天，人类享受着科技带来便利的同时，也面临着很多问题，其中能源和环境这两个最重要的问题不可忽视。人类生产生活的主要能源主要包括煤炭，石油，天然气等非可再生的化石燃料。化石燃料储量有限，不可再生，且化石燃料能源由于人类活动和社会的发展，其储量急剧减少。而且燃烧化石能源还会带来一系列的环境问题，这些问题已经成为人类生存的威胁。随着化石燃料供应的减少和恶劣气候改变，寻找可再生能源的可行来源在持续进行中^[1]。

太阳能电池，顾名思义，就是利用太阳能来进行光电转换，把光能转换成电能的电池，只要满足一定的条件，就可以提供取之不尽用之不竭的洁净能源。经过长期的人类发展，不可再生能源已经日渐消耗殆尽，温室效应，大气污染等问题更是岌岌可危，携手氢能、风能等新型能源，太阳能电池讲成为新一代清洁可再生能源，成为不可再生能源的有效替代^[2]。太阳能电池在当前基本分为以下几类。其中有当前效率最高的GaAs薄膜电池，但起成本也最高，而且As具有剧毒性，Ga在地球的储量有限^[3]，且只适合像空间站、卫星等特殊场合。晶硅太阳能电池以效率高、稳定性好、技术最成熟而占据着市场约90%，但其晶硅有着极高的成本价格，且制备困难，污染严重。非晶硅薄膜电池虽然有着低成本并且轻重量的特点，但其光电转换效率低，且在强光下呈衰退态势，使其难以占据市场。染料敏化电池存在液体电解质的漏液问题，且效率并不高，很难产业化。钙钛矿太阳能电池以其高效率低成本的特点异军突起^[4-5]，能量转换效率已从2009年最初液态电池的3.8%增长到了近期固态电池的22.1%^[6]。其可应用于高楼大厦外墙、太阳能屋顶、家庭式发电电站、发电草坪，城市遮荫廊桥等，可制作便携式移动的电子产品或者是艺术展览品。相比于纯有机太阳能电池，钙钛矿太阳能电池的耐热性强，且相比于染料敏化电池的电解质存在的漏液现象，固态的钙钛矿太阳能电池得到了有效的避免^[7]。种种优势，引起了全球范围内钙钛矿太阳能电池的研究热潮，廉价、高效、清洁、可再生，钙钛矿太阳能电池的产业链发展，将对保护生态平衡、推动人类社会进步和可持续发展具有极为重要的意义。

1.2 钙钛矿太阳能电池的结构及原理

1.2.1 钙钛矿材料

在乌拉尔山脉丰富的矿产资源中，有一种钙钛矿石，其中含有一种分子式为CaTiO3的化合物，最早由俄国化学家Perovski发现。陶瓷氧化物类型的钙钛矿代表了一系列的材料，广泛应用于在催化、铁电、压电、超导等诸多领域。