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摘 要

21世纪以来，随着各个领域的技术飞速发展，人类对能源的需求量越来越高，而当下最热门的能源化石燃料由于其不可再生，污染严重的缺点，无法满足人类长期的发展。因此，科研工作者需要找到一种可以长期发展又无污染的新能源，而太阳能刚好满足这一要求受到了科研工作者的青睐，这其中便有着扮演了重要角色的太阳能电池。与同样有着良好的光电转换效率的传统硅太阳能电池不同，钙钛矿介观太阳能电池在制作成本上更低，制备方法也更为简单，因此有着良好的前景。而本课题的重点研究对象，ZrO₂作为绝缘层，其性质对介观太阳能电池的效率具有重要的影响，通过采用不同厚度的ZrO₂薄膜制作钙钛矿介观太阳能电池，使其达到最佳效率。

关键词：钙钛矿 介观太阳能电池 二氧化锆 光电转换效率

Effect of ZrO₂ Thickness on Perovskite Mesoscopic Solar Cell Performance

Abstract

Since the 21st century, with the rapid development of technology in various fields, the demand for energy by humans has been increasing. However, the most popular energy fossil fuels at present cannot meet the long-term development of human beings because of their irreproducible and serious pollution. Therefore, researchers need to find a kind of new energy that can develop for a long time without pollution, and solar energy just satisfies this demand has been favored by scientific researchers, which has played a major role in solar cells. Unlike traditional silicon solar cells, which also have good photoelectric conversion efficiency, perovskite mesoscopic solar cells have a lower manufacturing cost and a simpler preparation method, and therefore have a good prospect. The key research subject of this topic is ZrO₂ as an insulating layer, whose properties have an important influence on the efficiency of mesoscopic solar cells. By using different thicknesses of ZrO₂ films, perovskite mesoscopic solar cells are produced to achieve the best efficiency.

Keywords: perovskite; mesoscopic solar cell; zirconium dioxide; photoelectric conversion

efficiency

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2太阳能电池的发展 1

1.3钙钛矿的发展历史 2

1.4钙钛矿介观太阳能电池的发展历史 4

1.5本课题对于钙钛矿介观太阳能电池的研究 5

1.6总结 6

第二章 浆料制作 7

2.1引言 7

2.2 ZrO₂浆料的制备 7

2.3 C浆料的制备 7

2.4 CH₃NH₃PbI₃溶液制备 8

2.5 TiO₂浆料的制备 8

2.6 注意事项 8

第三章 电池的制作 9

3.1 引言 9

3.2具体的实验步骤 9

3.3小结 13

第四章 测试分析 14

4.1引言 14

4.2 XRD表征测试 14

4.3 V-I特性曲线 15

4.4小结 16

第五章 总结与展望 17

致谢 18

参考文献 19

第一章 绪论

1.1引言

随着时代的进步和科技的飞速发展，现今所使用的能源储备不足以满足人类的长远发展。当下人们最多使用的能源当属化石燃料，而化石燃料不可再生，已经面临开发过度，其污染更是对人类的生存环境造成了极大的破坏，在21世纪并不是一种理想的能源。因此，科研工作者们迫切的需要找到一种新的能源。太阳能作为可再生能源，并且不会产生污染，受到了极大的关注。这其中，便有着将太阳能转化为电能的太阳能电池，而电能对于21世纪的人类来说是需求量最高的能源，理所当然的受到了科研工作者的追捧。

1.2太阳能电池的发展

一说到太阳能电池，人们的第一反应往往是传统的硅太阳能电池，这也无可厚非，硅太阳能电池作为发展时间最早，理论最为完善的太阳能电池，在生产和应用中也是随处可见。然而，硅太阳能电池也是有几种分类的，分为单晶硅，多晶硅和非晶硅这三种类型。在这些太阳能电池中，首先便是人们提到最多的单晶硅太阳能电池。单晶硅太阳能电池是发展最早的太阳能电池，技术相对完备。在光电转换效率方面至今也是无人能出其右，最高达到了24.7%^{[1, 2]}。但由于制备电池的硅材料并不便宜，电池本身的成本还是很高的。于是为了减少硅材料的投入，科研工作者又研究出了多晶硅薄膜和非晶硅薄膜这两种太阳能电池。在这两者当中，虽然非晶硅薄膜太阳能电池成本最低，但是由于其使用的材料会引发光电效率的衰退效应，稳定性较差，在实际应用中会带来很多的影响。而多晶硅薄膜太阳能电池则介于这两者之间，虽然光电转换效率不及单晶硅，但是其制备成本更低；与非晶硅太阳能电池相比，也有着高达19%的光电转换效率^[3]。

传统硅太阳能电池经过了长时间的发展之后，如今技术较为成熟，可以投入到大规模的生产和应用中，但仍然有着许多不尽如人意的地方。不同于其制作成本高、工艺复杂的缺点，新兴的钙钛矿介观太阳能电池由于价格低廉、制作简单、具有较高的光电转换效率,以及可制备柔性^[4]、透明^[5]及叠层电池^[6]等一系列优点，受到广大科研工作者的青睐。钙钛矿介观太阳能电池属于染料敏化电池的一种，虽然发展的时间不长，但是从众多的太阳能电池中脱颖而出，其光电转换效率已经可以达到22.7%^[7]，有着被无限看好的前景。相信经过科研工作者的深入研究后，在不久的将来一定能够在太阳能电池领域中大放异彩，成为太阳能电池发展的重点方向。

1.3钙钛矿的发展历史

钙钛矿这个名称的最早来源是俄国矿物学家 Lev Perovski，他发现了一种特殊结构的矿物——钙钛氧化物（CaTiO₃）^{[8, 9]}。其结构如图1-1所示，其中钛离子与六个氧离子配位形成一个八面体结构，配位数为6；而钙离子则存在于由八面体构成的空穴之间，配位数是12。

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