论文总字数：26971字

摘 要

钙钛矿太阳能电池经过了十几年的发展，光电转化效率已经从当初的3.8%增加到现在的25%以上，可谓是发展迅速，但快速发展的同时，有一些问题需要解决，如稳定性问题、回滞问题和商业化成本高等，阻碍了其向前继续发展。本文针对钙钛矿太阳能回滞问题进行了一些研究，并试图减少回滞效应对器件效率的影响。回滞效应主要是材料本身缺陷以及界面对载流子的提取和传输产生了影响导致的，因而，结合实验室条件以及阅读文献，本论文选择氨基酸作为界面材料，通过界面修饰来减小回滞开展研究工作。制备的的钙钛矿太阳能电池为正式结构，具体结构为ITO/SnO₂/MAPbI₃/ Amino acid/Spiro-OMeTAD/Au。所采用的组氨酸作界面修饰层，得到的最佳光电性能参数为：PCE为20.01%，J_SC为24.81 mA/cm²，V_OC为1.05 V，FF为76.85%；标准器件的最佳光电性能参数：PCE为19.11%，J_SC为23.36 mA/cm²，V_OC为1.06 V，FF为76.96%。回滞效应也有一定的改善，从原来的40.66%降到了28.69%。除此之外，我们还尝试了苯丙氨酸和丝氨酸作为界面修饰层，也使器件的回滞效应有了一定的改善。

关键词：钙钛矿太阳能电池 回滞 界面改性 氨基酸

Study on hysteresis of perovskite solar cells

Abstract

After more than ten years of development, the photoelectric conversion efficiency of perovskite solar cells has increased from 3.8% at the beginning to more than 25% now. It can be said that the solar cells are developing rapidly, but there are some problems in the process of rapid development, for example, stability, hysteresis and high commercial cost of perovskite solar cells. In this paper, the hysteresis problem of perovskite solar cells is studied and the effect of hysteresis on device efficiency is reduced. The hysteresis effect is mainly caused by the defects of the material itself and the influence of the interface on the extraction and transport of carriers. Therefore, combining with the laboratory conditions and literature review, amino acids were selected for interface modification engineering to solve this problem. The perovskite solar cells were formally constructed as ITO/SnO₂/MAPbI₃/ Amino acid/ spiro-OMeTAD /Au. With histidine as the interface modification layer, the best photovoltaic performance parameters obtained presented PCE of 20.01%, J_SC of 24.81 mA/cm², V_OC of 1.05 V and FF of 76.85%. The best photoelectric performance parameters of standard devices were: PCE of 19.11%, J_SC of 23.36 mA/cm², V_OC of 1.06 V, and FF of 76.96%. The hysteresis effect was also improved from 40.66% to 28.69%. In addition, phenylalanine and serine as interface modification layer were also tested, similarly improved the hysteresis effect of the device to some extent.

Key words: Perovskite solar cells; Hysteresis; Interfacial modification; Amino acid

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 钙钛矿材料的结构和性质 2

1.3 钙钛矿太阳能电池的主要结构 3

1.4 钙钛矿太阳能电池的工作原理 5

1.5 钙钛矿薄膜制备方法 6

1.6 钙钛矿太阳能电池的界面改性 7

1.7 选题背景及研究内容 8

1.7.1 选题背景 8

1.7.2 研究内容 8

第二章 实验部分 9

2.1 实验材料及实验仪器 9

2.2 实验内容 10

2.2.1 溶液的配制 10

2.2.2 器件的制备 11

2.3 钙钛矿太阳能电池的表征方法 13

第三章 实验结果与讨论 14

3.1 钙钛矿太阳能电池光电转换性能的研究 14

3.1.1 最佳标准器件和界面修饰器件的电流密度-电压曲线分析 14

3.1.2 器件光电转化效率（PCE）的分布统计 15

3.2 经其他氨基酸进行界面修饰后器件的光电性能参数 16

第四章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 24

第一章 绪论

1.1 引言

随着经济的发展，大量的化石能源被使用，环境污染和能源危机愈演愈烈^[1]，因而，寻找清洁能源迫在眉睫。太阳能资源，作为一种清洁的可再生资源，凭借自身不受地域限制、储能巨大和贮能足够维持上百亿年等优点，得到了外界的广泛关注。光伏技术可以将取之不尽用之不竭的太阳光能量直接转换电能，是一种可再生无污染的清洁能源技术，对人类社会的可持续发展有着极为重要的意义。因而使用太阳能进行发电已经成为人们研究的热点，各种各样的太阳能电池已经被开发和研制出来了。

太阳能电池经过了几十年的发展，现在已经经历了三代的迭变。第一代太阳能电池主要是以单晶硅和多晶硅太阳能电池为代表的硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池的效率较高，现在已达到27.6%，但是单晶硅太阳能电池制作成本高昂，能耗大，工艺繁琐，不利于在市场进行推广。第二代太阳能电池主要是指以碲化镉、 铜铟镓硒化合物、 砷化镓为代表的薄膜太阳能电池^[2,3]，但其制造成本较高，使用稀缺元素不可持续，对环境的污染也相对来说比较严重。第三代太阳能电池是指以钙钛矿、染料敏化、有机及量子点为代表的太阳能电池。图1-1所示为不同类型的太阳能电池的发展历程。

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