摘 要

随着可开采能源的减少，新型无污染可再生的资源迎来了新的曙光。由于制备工艺的简单，有着更高转换效率以及更低成本的有机-无机钙钛矿太阳能电池受到学者们的广泛关注，并且被《Science》评选为2013年十大科技突破之一。

影响钙钛矿太阳电池效率的因素有很多，本文重点研究的是致密TiO₂层厚度对钙钛矿太阳能电池性能的影响。钙钛矿层的制备有两种方法：一步法和两步法。通过实验数据进行分析两种方法的差别，最终证明两步法明显优越于一步法。

在针对致密TiO₂层厚度这一因素，通过改变旋涂致密TiO₂层时的高速旋涂速率来改变其厚度，利用I-V测试分析钙钛矿太阳能电池的效率。具体方法为制备16个钙钛矿太阳能电池，其中每两个使用相同的高速旋涂速率，从2000rpm/min到5500rpm/min以500rpm/min为一个阶梯，共分析了8组实验数据，最终得出在高速旋涂速率为5000rpm/min相对应的致密层厚度为最佳厚度。

关键词：钙钛矿太阳能电池；致密TiO₂层；电子传递

Abstract

With the reduction in recoverable energy, the new non-polluting renewable resources are in a new dawn. Due to the simple preparation process, a organic-inorganic perovskite solar cells with higher conversion efficiency and lower cost received wide attention of scholars all around the world, and this solar cell is selected as one of the top ten scientific and technological breakthroughs in 2013 by lt;Sciencegt; .

There are many factors affecting the conversion efficiency of perovskite solar cells. In this article, the impact of dense TiO₂ layer thickness on the perovskite solar cell performance is discussed. Since there are two methods for preparing perovskite layer in experiments: one-step and two-step methods. The differences of two methods were analyzed by experimental data, ultimately it is proved that the results of two-step method is better than those of one step method.

For the thickness of TiO₂ layer, it can be changed by varying the  high-speed spin rate, then the I-V test is used to measure the efficiency of perovskite solar cell. In the experiment, 16 perovskite solar cells are divided into 8 groups. And each of the two samples are coated with the same spin speed, the speed varies from 2000rpm/min to 5500rpm/min with 500rpm/min as step. Then the experimental results are recorded and it is found that the spin speed 5000rpm/min corresponds to the best result.

Key word：Perovskite solar cell;compact TiO₂ layer;electron transport

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 太阳能电池的研究意义及背景 1

1.2 太阳能电池的发展 2

1.3 本文主要工作及文章结构 3

第2章 钙钛矿太阳能电池 5

2.1 钙钛矿太阳能电池的发展 5

2.2 钙钛矿太阳能电池的结构 6

2.3钙钛矿太阳能电池的工作原理 7

2.4 阻挡层（致密TiO₂层）的工作原理 9

第3章 实验内容与测试方法 11

3.1 TiO₂的制备方法 11

3.2 实验试剂与仪器 12

3.2.1 化学试剂 12

3.2.2 主要实验设备 12

3.3 实验材料的制备 13

3.4 实验方案 14

3.4.1 一步法实验方案 14

3.4.2 两步法实验方案 16

3.5 电器性能测试方法 17

第4章 致密TiO₂层厚度对钙钛矿电池性能的影响 18

4.1 一步法实验结果分析 18

4.2 两步法实验结果分析 18

4.3 实验成果展示 20

第5章 工作总结与展望 22

5.1 论文总结 22

5.2 工作展望 22

参考文献 23

致 谢 24

第1章 绪论

1.1 太阳能电池的研究意义及背景

如今，太阳能电池得到了迅猛的发展，这不仅与科研人员的努力有关，还与现在世界的大背景有关。众所周知，太阳能电池是利用太阳光进行发电的，所以其最大的优点就是具有可持续性的清洁能源。与我们之前所用到的能源有很大的不同，以前用到的能源多为石油和煤炭，其燃烧产生的气体CO₂会对我们的环境产生温室效应。而且这些能源的贮存速度缓慢，而开采的速度却非常快，比如石油在2013年底时全球的石油开采储存量仅剩45.7年的开采量^[1]。图1.1显示的是近15年的全国能源消耗量、碳排放总量以及CO₂排放量^[1]。图1.2为欧洲联合中心对世界能源形式以及可再生能源速度的预测^[2]。

因此清洁能源会越来越占着一个比较重要的角色。人们逐渐把目光聚集到太阳能上，这也催化了一系列与太阳能相关产品的生产，比如现在所研究的太阳能电池。