摘 要

当今世界，人类社会的发展极大的依赖于化石燃料，由此造成化石燃料使用量的日益增大。同时，由于化石燃料具有不可再生性，能源短缺的危机也随着化石燃料耗用量的增加而日益严重。并且，化石燃料燃烧所产生的二氧化碳气体引起了温室效应，使得全球温度升高；产生的颗粒污染物引起了雾霾现象，威胁着人类健康。因此，开发新型无污染的清洁能源迫在眉睫。

近年来，钙钛矿太阳能电池由于其性能突出而得到了各界的关注，在短短5年的时间里，它的光电转换效率就迅速攀升到了20%以上，并且有望突破25%达到单晶硅太阳能电池的水平。同时，由于钙钛矿太阳能电池还具有制备简单、成本低、效率高等优点，因此其发展潜力十分巨大。

同时，石墨烯的出现极大的拓展了二维材料的应用范围，硫化钼作为一种类石墨烯材料具有优良的形貌结构特性，逐渐成为了科学研究的热点之一。硫化钼随着层数的减少，禁带宽度从~1.2 eV（体材料）逐渐增加至~1.9 eV（单层），并且由间接禁带宽度转变为直接禁带宽度材料。同时，硫化钼具有良好的载流子传输特性。这些特殊的性能使其成为一种极具潜力的太阳能电池材料。因此，制备硫化钼层状材料具有重要的意义和实用价值。

本文将通过采用热注入法制备硫化钼层状材料，并采用XRD、TEM等表征产物的物相和形貌等。并将其作为空穴传输层制备钙钛矿太阳能电池器件，同时测试样品的光电性能，探讨其结构与光电性能之间的相关性。

关键词：硫化钼层状材料；钙钛矿太阳能电池；光电性能。

4Abstract

Nowadays, the development of human society greatly depends on fossil fuels, thereby causing the increase of fossil fuel usage. Meanwhile, as the fossil fuels are non-renewable, energy crisis becomes more and more serious. And its combustion produces carbon dioxide, which causes the greenhouse effect, making the global temperature rise; various particle pollutants would cause the haze phenomenon, which is harmful to human health. Therefore, it is urgent to develop new clean energy.

In recent years, the perovskite solar cells has gotten widespread attention, in just five years’ time due to its outstanding performance, its photoelectric conversion efficiency rapidly climbed to 21.0%, and is expected to exceed 25%,close to the single-crystal silicon solar cell’s level. And because the perovskite solar cells also have a simple preparation, low cost, high efficiency advantages, its development potential is amazing.

At the same time, the emergence of graphene has greatly expanded the range of application of two-dimensional materials. Molybdenum sulfide, as an analogue of graphene, which has excellent morphology and structure characteristics, has gradually become one of the hotspots of scientific research. With the decrease of the number of molybdenum sulfide layers, the band gap increases from eV ~1.2 (bulk material) to eV ~1.9 (monolayer), and changes from indirect band gap to direct band gap material. At the same time, molybdenum sulfide has good carrier transport properties. These special properties make it a promising material for solar cells. Therefore, it is of great significance and practical value to prepare molybdenum sulfide layered materials.

This article will introduce the preparation of the layered molybdenum sulfide materials by using heat, and using XRD, TEM to characterize the product’s phase and morphology. Then it would be prepared as a hole transport layer in the perovskite solar cells device, use the method as the second electrode performance to test the photoelectric properties of the device, and explore the correlation between the structure and the optoelectronic properties.

Keywords：Layered molybdenum sulfide material; perovskite solar cells; photoelectric properties;

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1. 研究背景 1

1.2. 太阳能电池 1

1.2.1. 太阳能电池的种类 1

1.2.2. 钙钛矿太阳能电池 2

1.2.3. 太阳能电池输出特性 3

1.3. 硫化钼的研究现状及应用 4

1.3.1. 硫化钼的结构和特性 4

1.3.2. 硫化钼的制备方法 5

1.3.3. 硫化钼在光电器件中的应用 7

1.4. 论文的目的、意义及研究的内容 8

1.4.1. 论文选题的目的及意义 8

1.4.2. 论文研究的主要内容 9

第2章 实验部分 10

2.1. 实验药品与仪器 10

2.2. 热注入法制备硫化钼层状材料 11

2.4.1. 硫化钼的制备 11

2.2.2 硫化钼的清洗 12

2.3. 旋涂法组装钙钛矿太阳能电池 12

2.4.1. FTO玻璃的清洗准备工作 12

2.4.2. 钙钛矿太阳能电池的组装 13

2.4. 结构形貌及性能表征方法 13

2.4.1. 物相结构分析（XRD） 13

2.4.2. 显微结构分析 14

2.4.3. Raman谱学分析 14

2.4.4. X射线光电子能谱分析 14

2.4.5. 光学性能测试 15

第3章 结果与讨论 16

3.1. 硫化钼层状材料的物相与结构分析 16

3.2. 反应时间对于产物形貌结构的影响 19

3.3. 钙钛矿太阳能电池的组装 20

第4章 结论与展望 22

4.1. 结论 22

4.2. 展望 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

• 1. 研究背景

当今世界，人类社会的前进发展极大的依赖于化石燃料，由此造成化石燃料使用量的日益增大。但是具有不可再生性的化石燃料在推动人类发展的同时也使得人们暴露在了能源短缺的危机之下。而且其燃烧所产生的二氧化碳气体引起温室效应，使得全球温度升高；产生的各种颗粒污染物造成雾霾现象，危害人类健康。此等种种已经严重危及到人类和其他生物的生存发展。因此，开发无污染的清洁可再生能源迫在眉睫。近年来，太阳能作为一种优质能源，因其丰富的储量、清洁无污染的优势，引起了人们的极大关注，发展前景十分可观。太阳能做-为未来能源结构的基础已日益成为使用能源的重要组成部分。利用太阳能，在不久将来，人类有望建立一个全新的绿色能源体系^[1-4]。

在光照作用下，太阳能电池内部某些材料可以吸收光子产生光生电子-空穴对，并同时将电子和空穴分离，从而达到将太阳能转换为电能的目的 ^{[5, 6]}。通过串并联方法可以组装得到大型的太阳能电池板，从而进行并网发电；微型化的太阳能电池也可以直接为小型甚至是微纳器件进行供电。太阳能电池是最典型的光电器件，且其操作简单，成本低，对环境影响小，具有十分重要的研究意义和实用价值。

• 1. 太阳能电池
     1. 太阳能电池的种类

到目前为止，比较常见的太阳能电池有16种，这16种电池根据材料类型不同大致可分为硅太阳能电池、化合物薄膜太阳能电池、有机太阳能电池、纳米晶太阳能电池等。各类太阳能电池的禁带宽度与光电转换效率如图1.1，部分介绍如下：