鈣鈦礦太陽(yáng)電池界面電子轉(zhuǎn)移機(jī)理的研究.pdf

1、伴隨著傳統(tǒng)石化能源的減少，環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，尤其是霧霾天氣已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的日常生活，這迫切需要人們大力發(fā)展可持續(xù)的清潔能源。太陽(yáng)能具有綠色、分布廣泛等優(yōu)點(diǎn)，是很有前景的一種新能源。
　　太陽(yáng)電池具有多種類型，多種結(jié)構(gòu)，其中，近幾年發(fā)展較快的就是鈣鈦礦太陽(yáng)電池。鈣鈦礦太陽(yáng)電池（簡(jiǎn)稱PSCs）屬于全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)，制備工藝簡(jiǎn)單，光電轉(zhuǎn)換效率高。性能較好的鈣鈦礦太陽(yáng)電池是以CH3NH3PbX3(X=Cl，Br,I)為吸光材料，TiO

2、2為電子傳輸層，Spiro-OMeTAD為空穴傳輸層，F(xiàn)TO為光陽(yáng)極，Au為對(duì)電極組成的。截至目前為止，國(guó)際認(rèn)證效率已經(jīng)達(dá)到22.1％，效率的飛速發(fā)展，與材料本身的特性是分不開(kāi)的。鈣鈦礦材料具有較長(zhǎng)的載流子壽命與擴(kuò)散長(zhǎng)度、較高的載流子遷移率和吸光系數(shù)，以及合適的禁帶寬度等優(yōu)點(diǎn)。但是材料自身的不穩(wěn)定性，并且含有重金屬元素Pb以及Au對(duì)電極的成本較高等缺點(diǎn)也阻礙著電池的進(jìn)一步工業(yè)化。
　　關(guān)于鈣鈦礦太陽(yáng)電池內(nèi)部電荷轉(zhuǎn)移的機(jī)理，雖然很多

3、研究人員已經(jīng)進(jìn)行過(guò)一些探討，但是還是有很多不清楚的地方。本文采用納秒時(shí)間分辨的瞬態(tài)吸收光譜儀對(duì)材料內(nèi)部、電池界面之間的電荷傳輸進(jìn)行比較系統(tǒng)的研究，并對(duì)所得結(jié)果做了定量的分析，為進(jìn)一步提高鈣鈦礦太陽(yáng)電池光伏性能的表現(xiàn)提供一定的指導(dǎo)。
　　氯摻雜制備的鈣鈦礦材料比常規(guī)鈣鈦礦CH3NH3PbI3制備的載流子壽命要長(zhǎng)很多，本文采用傳統(tǒng)兩步法制備的CH3NH3PbI3材料直接電荷復(fù)合壽命為38 ns，氯摻雜制備的鈣鈦礦材料復(fù)合壽命為110n

4、s，說(shuō)明后者的擴(kuò)散長(zhǎng)度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于前者。通過(guò)納秒量級(jí)的瞬態(tài)吸收測(cè)量，并采用雙指數(shù)擬合，對(duì)瞬態(tài)吸收的兩個(gè)動(dòng)力學(xué)衰減過(guò)程分別進(jìn)行了解釋:占大部分比例的快過(guò)程為材料內(nèi)部直接復(fù)合;小比例的慢過(guò)程為間接復(fù)合。通過(guò)改變制備工藝，例如:氣體協(xié)助或者溶劑協(xié)助可以提高CH3NH3PbI3的成膜質(zhì)量，盡可能的減少晶體內(nèi)部缺陷，延長(zhǎng)載流子的壽命。
　　鈣鈦礦電池同樣存在界面復(fù)合問(wèn)題，在電池內(nèi)部，相鄰界面之間的復(fù)合時(shí)間較短（TiO2|CH3NH3PbI3和