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摘 要

环境急剧污染和能源日近枯竭危机是人类当下所面临的两大棘手的课题。太阳能因为其绿色无毒、分布范围广泛等特点被认为是最有前景的新能源之一。太阳能电池能将太阳能转化成为电能而被认为是供应清洁可再生能源最有效的方式之一。

本文从不同CH₃NH₃PbI₃钙钛矿层的形状和外貌对钙钛矿太阳能电池光伏性能及效率的影响因素研究角度出发，采用两步法，制备出不同形状和外貌的CH₃NH₃PbI₃钙钛矿层。通过电化学阻抗谱分析了不同形貌的钙钛矿对太阳能电池内部电荷复合动力学过程的影响。实验结果我们不难看出，两步法制作而成的立方晶形CH₃NH₃PbI₃覆盖在介孔Ti0₂的薄膜表层，隔绝了HTM与Ti0₂的直接碰触，在最大程度上抑制和阻碍电荷之间的复合。

介孔Ti0₂作为电子传输材料和骨架层对钙钛矿太阳能电池的转化效率以及性能都有着重要的影响。是以，制作和研发可替换Ti0₂的高效便捷电子传输材料是获得高效钙钛矿太阳电池的一种最佳途径。该实验结果直接表明两步法制备的钙钛矿太阳能电池的转化效率。

关键词： 太阳能电池 钙钛矿 介孔Ti0₂ 两步法

ABSTRACT

As opposed to conventional resources such as coal and fossil fuels solar energy is considered as reliable, inexhaustible and clean energy source. Photo voltaic is one of potential approaches that converts solar energy into electricity, and can serve as a mean to solving the disturbing issues of global energy crisis and environmental pollution that humanity being are facing now.

In this dissertation, morphology and photovoltaic performance depending on deposition procedures of CH₃NH₃bI₃ have been studied. CH₃NH₃bI₃ perovskite light

Absorber is deposited on the mesoporous Ti0₂ layer via two-step coating methods and their photovoltaic performances are compared. We employed impedance spectroscopy (IS) to investigate the factors responsible for the different voltages of the

perovskite solar cells based on one-step and two-step process.

Secondly, mesoporous TiO₂ nanoparticle film is usually used as electron-transporting materials (ETMs) and scaffold layer for high-eff ciency perovskite solar cells. Despite the remarkable achievement in pervoskite solar cells,development of alternative ETMs/scaffold to Ti0₂ is a promising avenue to fwrther improve the performance of perovskite solar cells.The experimental results show that the efficiency of the perovskite solar cells prepared by two-step is very direct.

Keywords: solar cell;perovskite; mesoporous TiO₂; two-step

目 录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 4

1.1 钙钛矿太阳能电池的组成形式和物化性质 4

1.1.1 太阳能电池分类 5

1.1.2 钙钛矿太阳能电池捕获光能的材料 5

1.2 可再生能源与太阳能的研究背景 6

1.3 钙钛矿太阳能电池研究的现实意义 6

1.3.1传统能源供需矛盾日益突出 6

1.3.2 环境污染治理亟待清洁能源 7

1.4钙钛矿太阳能电池的优势 8

1.4.1 转换效率高 8

1.4.2 制作工艺简单，成本低 8

1.4.3 应用范围广泛 9

第二章 钙钛矿太阳能电池的结构与运行原理 10

2.1钙钛矿太阳电池运行原理 10

2.2 钙钛矿太阳能电池的组成成分 11

2.2.1 光吸收材料 11

2.2.2 太阳能电池的电子传输材料 11

2.2.3 太阳能电池的空穴传输材料 12

2.2.4 太阳能电池的对电极 12

第三章 实验 13

3.1 实验部分 13

3.1.1 实验材料 13

3.1.2 器件制备 13

3.1.3 表征和测试方法 14

3.2 结果与讨论 15

第四章 展望 17

4.1展望 17

参考文献 19

致谢 22

第一章 前言

1.1 钙钛矿太阳能电池的组成形式和物化性质

有机－无机经过杂化而形成的铅卤化合物其结构和CaTiO₃钙钛矿晶体的空间结构类似。这种有机－无机杂化材料分子式为AMX₃,A代表有机离子或稀土元素，M代表金属离子，X 代表卤素离子或氧原子。M 离子在钙钛矿晶型中是比较特殊的。它会在空间上形成一个正八面体的结构类似于MX₆，其中A 离子和X 离子大小相近，A 离子呈12 配位结构位于由八面体所构成的空穴内，被4 个MX₆正八面体单元包围来平衡晶体的电荷（如图1-1）。外界温度和压力条件改变，钙钛矿型结构也会发生一定的畸变从而导致晶体结构的相和形变。

近来主要的钙钛矿晶形材料是CH₃NH₃MX₃( M=Sn或Pb等，X=Cl、Br、I) ，其中CH₃NH₃PbI₃的禁带宽度是1.55eV，光谱从800nm开始吸收，电子移动速率7.5cm² /( V·s) ，而空穴移动速率在12.5～66cm²/( V·s)^[1]。对于DSSCS和有机电池来说，电压损耗值大约在0.7～0.8eV之间，但钙钛矿型太阳能电池仅有0.4eV。此外，电子之所以能在这类材料中可以传输越发的远是与太阳能电池的扩散长度分不开的，一般情况下其扩散长度约有10 nm^[2]，相比之下，钙钛矿的扩散长度是前者的100 倍，这得益于材料低电子复合率。

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