摘 要

钙钛矿太阳能电池（PSC）近年来备受关注，其能量转换效率（PCE）从2009年的3.8%飞跃到现在的22.7%，发展之快令人惊讶，所以，对PSC的研究对于解决能源危机和环境保护问题具有重要意义。但是PSC由于受到其材料的毒性（Pb ）、稳定性、成本等因素的制约，还不能实现产业化和大面积制备。为了解决这些问题，科研人员对PSC展开了广泛的研究，其中对于电子传输层（ESL）及其界面修饰的研究对解决成本和提升效率方面具有很大的作用。本文参考了前人对SnO₂ ESL的研究，通过采用多巴胺（DA）做自组装分子层（SAM）来改性SnO₂ ESL，与未改性的SnO₂ ESL进行对比，研究DA-SAM改性对器件的影响。实验结果表明采用DA-SAM改性后的SnO₂薄膜具有更好的亲水性，基于此制备的钙钛矿薄膜均匀致密且缺陷更少，器件性能也得了到提高，最终制备的PSC的效率达到了14.51%。

关键词：SnO₂电子传输层 自组装分子层 多巴胺 钙钛矿太阳能电池

Surface Modification of SnO₂ and Its Application in Perovskite Solar Cells

Abstract

Perovskite solar cells (PSC) have received a lot of attention in recent years, and its energy conversion efficiency (PCE) has rapidly increased from 3.8% in 2009 to 22.7% now. The rapid development is surprising. It is of great significance to study the PSC to solve the energy crisis and environmental protection issues. However, with the toxicity (Pb ), stability, and cost of the material, PSC is restricted and cannot be industrialized and manufactured in large area. In order to solve its, researchers have conducted extensive research on PSC, including the study of the electron transport layer (ESL) and its interface modification, which has a great effect on cost and efficiency. In this article, I refer to previous studies of SnO₂ ESL, and use dopamine (DA) as a self-assembled molecular layer (SAM) to modify the SnO₂ ESL and compared with unmodified SnO₂ ESL to study the effect of DA-SAM modification on the device. The experimental results show that the SnO₂ film modified by DA-SAM has better hydrophilicity, and the perovskite film prepared by this method is uniform and dense with fewer defects, and the performance of device is also improved. The final prepared PSC efficiency reaches 14.51%.

Key Words: SnO₂ electron transport layer; Self-assembled molecular layer; Dopamine; Perovskite solar cells

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 PSC的结构与原理 1

1.2.1 钙钛矿材料 1

1.2.2 PSC的结构和工作原理 2

1.3 PSC的发展历史 3

1.4 PSC的制备工艺 4

1.4.1 一步溶液法 4

1.4.2 两步旋凃法 5

1.4.3 气相沉积法 6

1.4.4 气相辅助法 6

1.4.5 化学气相沉积法 7

1.5 PSC面临的主要问题 7

1.5.1 稳定性 8

1.5.2 滞后现象和测量方法 8

1.5.3 环境问题—Pb 9

1.5.4 大面积器件 9

1.5.5 成本 9

1.4.6 理论体系 10

1.6 PSC中ESL的研究现状 10

1.7 本文的研究思路 11

第二章 实验部分 12

2.1 实验药品与仪器 12

2.1.1 实验试剂 12

2.1.2 实验仪器及表征设备 12

2.2 实验内容 13

2.2.1 ITO基片的清洗 13

2.2.2 电子传输层的制备 13

2.2.3 钙钛矿层的制备 13

2.2.4 空穴传输层的制备 14

2.2.5 电极的蒸镀 14

第三章 结果和讨论 15

3.1 PSC的结构示意图分析 15

3.2 SnO₂和SnO₂/DA-SAM薄膜的接触角、AFM表征分析 16

3.3钙钛矿薄膜的XRD、SEM表征分析 16

3.4 钙钛矿薄膜的UV光谱、PL光谱表征分析 17

3.5 PSC的光伏特性分析 18

第四章 总结与展望 20

4.1 总结 20

4.2 展望 20

参考文献 21

致 谢 23

第一章 绪论

1.1 前言

在过去的几十年中，化石燃料燃烧所导致的全球气候变暖和海平面上升已成为人们日益关注的问题。在这种情况下，发展新能源的需求越来越迫切，而太阳能以其丰富和清洁的特点受到人们的青睐。因此，光伏技术被广泛地提及并部署，以解决全球变暖和电力需求增加等相关问题，发展太阳能电池刻不容缓。目前，晶体硅太阳能电池已广泛应用，薄膜无机光伏器件如铜铟镓硒（CIGS）太阳能电池和碲化镉（CdTe）太阳能电也已部分应用。然而在各种光伏器件中，更成熟的钙钛矿太阳能电池（PSC）在过去七年中增长最快，截止2017年10月31日，NREL最新认证的PSC的能量转换效率（PCE）达到了22.7%^[1]。更重要的是，PSC具有低温可加工性，这对于解决光伏技术成本问题有很大的优势。同时，低温溶液的可加工技术使PSC与柔性电子相互兼容。这些都说明可以更好地利用太阳能，缓解能源紧缺和环境污染等问题。

1.2 PSC的结构与原理

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