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摘 要

一种基于有机/无机杂化钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃)制备的太阳能电池自从2009年以来饱受人们的关注，其光电转化效率在短短几年内迅速增长，如今已经超过20%，且呈现出一片光明的前景。钙钛矿材料可以采用多种方法进行制备，比较常见的有溶液法、共蒸发法以及气相辅助溶液法等。本文采用烘干的CH₃NH₃I和PbI₂作为两步法钙钛矿的原料，制作太阳能电池，并对所制备的电池进行表征和性能测试，研究两步法不同碘甲胺浓度等对电池性能的影响，以找到最优的操作条件。

关键词：钙钛矿；太阳能电池；两步法；优化

The optimization application of sequential deposition method based on oriented array of TiO₂ nano-rods for the formation of the perovskite solar cells

Abstract: The solar cells prepared by organic-inorganic hybrid perovskites material (CH₃NH₃PbX₃) have attracted attention since 2009 as their PCE have been increasing rapidly in recent years. The PCE has exceeded 20% and shows a bright prospect. There are many methods to prepare the perovskite material including single-step solution deposition、sequential solution deposition、co-evaporation and vapor-assisted solution processing. We used dry CH₃NH₃I and PbI₂ sequentially depositing to fabricated solar cells. Then we characterized these cells and tested their performance. By comparing the performance of cells prepared by various concentration of CH₃NH₃I ,we gained the optimal operating condition.

Keywords: perovskite; solar cells; sequential deposition; optimization

目 录

摘 要........................................................... I

Abstract...................................................I I

第1章 概述 1

1.1 太阳能电池的发展 1

1.2 钙钛矿太阳能电池 2

1.3 钙钛矿材料的制备方法 6

1.4 本实验采用的处理方法和说明 7

第2章 实验 8

2.1 实验药品和试剂 8

2.2 仪器设备 8

2.3 电池制备 9

2.4 实验表征 11

第3章 结果与讨论 13

3.1 TiO₂纳米阵列的形貌 13

3.2 旋涂PbI₂后膜层的形貌 13

3.3 不同浓度碘甲胺制备的钙钛矿形貌 14

3.4 钙钛矿的XRD图谱 15

3.5 钙钛矿电池的I-V曲线测试 16

3.6 本章小结 17

第4章 结论与展望 18

4.1 结论 18

4.2 展望 18

参考文献 19

致谢 21

第一章 前言

1.1太阳能电池的发展

全球面临的环境污染问题与能源危机问题日益成为制约国际经济社会发展的瓶颈，人们对于太阳能这种可再生能源的关注逐渐增长，因此对于能够将太阳能转化为电能的高效光伏器件的探索也加快了脚步，这其中就包括太阳能电池。

太阳能电池是一种通过光化学反应或者光电效应直接把光能转化成电能的装置。迄今为止，太阳能电池主要历经了三个发展期：第一代太阳能电池主要是指单晶硅和多晶硅太阳能电池，由于其原料为昂贵的高纯硅，因此面临着造价高、耗能高等难题，严重制约了其更为广泛的产业应用；第二代太阳能电池主要包括非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池，由于比第一代硅基电池更能容忍较高的缺陷密度，得到了快速的发展，但由于存在着环境污染严重、制造成本高、稀缺元素不可持续发展等问题，导致其大规模生产应用也受到了限制；第三代太阳能电池主要是指具有高转换效率的一些新概念电池，如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等^[1]。

其中染料敏化电池（DSSC）因为电池结构明晰、制作工艺简单、原料来源丰富、可制作透明和颜色可调器件等优点为受到了广泛的关注与研究^[2]。一个典型的染料敏化电池构造主要包括：可以吸收可见光的染料、作为染料载体的纳米结构（主要为TiO₂和ZnO 等低成本金属氧化物）以及用于电子传输的电解液以及对电极。DSSC的特点是在染料激发态形成的界面进行电荷分离，避免了激子扩散步骤。电荷分离的界面只有单分子层厚度，所以必须形成高比表面积，才能确保敏化剂能够捕获尽可能多的光子。采用TiO₂介孔薄膜可有效解决这个难题。自从 1991年以来，Grätzel研制出的第一块染料敏化太阳能电池起，染料敏化太阳能电池得到了深入研究，电池类型也变化多样。目前液态 DSSC电池的世界记录达到13.0%，体系使用了锌卟啉和有机染料共敏化结合钴氧化还原电对^[3，4]。高效率 DSSC电池大多采用挥发性溶剂（如乙腈等）。染料敏化电池效率受限的一个主要原因是：在染料敏化电池中广泛应用的Ru-吡啶型染料的吸收范围较窄、吸收系数也较低。而且由于 Ru-吡啶型染料的基本电子结构的限制，染料的吸收光谱和吸光系数改进空间已经不大^[5]。

1.2钙钛矿太阳能电池

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