论文总字数：26670字

摘 要

第一章 绪 论 4

1.1引言 4

1.2钙钛矿介绍 5

1.3器件结构 6

1.3.1 PSC的结构组成 6

1.3.2太阳能电池的分类及其发展 7

1.3.3固态PSC 8

1.4器件机理 8

1.5 空穴传输材料的分类及发展进程 9

1.5.1 经典空穴传输材料——Spiro-OMeTAD 9

1.5.2 无机p型半导体材料 10

1.5.3含氧和含硅的HTM 11

1.5.4含硫添加剂的HTM 11

第二章 实验部分 12

2.1 实验试剂 12

2.2实验步骤 13

2.2.1导电玻璃的刻蚀与清洗 13

2.2.2钙钛矿的制备 13

2.2.3 CuSCN溶液的制备 13

2.2.4电池器件的组装 13

2.3分析与表征 14

第三章 结果与讨论 14

第四章 总 结 21

参 考 文 献 21

致 谢 27

硫氰酸亚铜空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中应用

摘 要

近年来，钙钛矿太阳能电池 (PSCs) 已经达到能够媲美晶硅电池器件的效率。其原材料成本低廉，制备过程相对比较简单，因此具有很大的商业化应用前景。众所周知，高效的PSC器件，一般需要采用昂贵的有机空穴抽取层，和高价的金属背电极进行制备。本文使用硫氰酸亚铜和低温碳分别作为空穴抽取层材料，和背电极材料。制备出的碳基的PSC器件的效率为12%。稳态光致发光测试 (EL) 的结果表明，CuSCN层的引入增强了电荷和空穴的分离，从而减少了两者的复合。 电化学阻抗谱 (EIS) 测试的结果显示，具有CuSCN的电池器件具有低的传输电阻和高的复合电阻，因此导致电子复合速率变慢。此外，实验证明，添加了CuSCN和碳的PSC显示出更高的稳定性。并且，未封装的器件30天后依旧能维持超过原始效率的80%。这种方法大大简化了在制造过程中的工艺，并且为廉价、稳定和可印刷的PSC的发展打开了一扇大门。

关键词：硫氰酸亚铜 碳 钙钛矿 太阳能电池 空穴传输材料

CuSCN hole transport material in perovskite Solar cell application

Abstact

In recent years, the efficiency of perovskite solar cells (PSCs) have reached that of the comparable crystalline silicon solar cells. It has great commercial application prospects, because of its low cost and simple preparation process. It is well known that the preparation of high efficiency perovskite solar cells generally requires the use of expensive organic hole transport materials and high-priced metal electrodes. In this paper, copper thiocyanate was used as the hole transport layer and low temperature carbon was used as the counter electrode, to prepareing a carbon-based perovskite solar cell with an efficiency of 12%. The steady-state photoluminescence tests (EL) shows that the introduction of CuSCN layer enhances the separation of electrons and holes, thus reducing the recombination of elctrons and holes. Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) reveals that the solar cell with CuSCN has low transport resistance and high recombination resistance, thus leading to the slower electron recombination rates. In addition, study shows that the use of CuSCN and carbon displays high stability, and both kind of cells keep over 80% of the initial efficiency after 30 days without encapsulation. This method simplifies the perovskite solar cell fabrication process and opens a door toward the cheap, stable and printable solar cell.

Key words: CuSCN; Carbon; Perovskite; solar cell; HTM

第一章 绪 论

1.1引言

自20世纪六七十年代后，全球总人数不断的增长，人口激增意味着资源的人均利用率变得越来越少。其中对人们生存至关重要的能源—矿物燃料，作为天然的一次直接能源，即将被燃烧用尽。同时，引发全球气候变暖，造成温室效应的罪魁祸首就是CO₂气体。CO₂是矿石燃料的燃烧排放出来的。人们急需找到可以替代化石能源的新型清洁能源。用来解决能源使用问题和环保问题之间的冲突。太阳能作为最直接的第一能源，能源富足，开发过程不受地域的限制，且其利用过程是清洁的可再生的。每年地球对于太阳能的接收达到了3×10²⁴ J，若能有效地利用其中的0.02%，便可以满足人类社会对于能耗的需求^[1]。

在这方面，光伏 (PV) 通过吸收太阳能并将太阳能并转换成电能，提供了一种可行的，清洁的和有希望的解决方案来克服这个问题。学者们通过联合多学科研究的框架，最近的研究结果显示，不仅器件的效率得到了显着的提高，而且制造成本也明显的降低。值得注意的是，自1954年Chapin制备的第一个单晶硅器件^[2]以及随后在1986年报道的第三代光伏技术以来，没有其他光伏技术比这项正在崛起的，新型的光伏技术更能引起如此多的关注。

在2012年中期报道了第一个有效的固态PSC，其进展速度非常迅猛。在2013年年底，器件的PCE确认达到了16.2％^[3] 。随后到2014年初的效率确认增加为17.9％^[4]。未经研究证实的效率高达19.3％^[5]。此外，对于性能最高的器件，研究出了广泛的不同的制造方法和设备概念，这种多样性的研究理论表明，其性能仍远未被完全优化。

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