钙钛矿太阳能电池背电极的制备与研究
有机-无机卤化物钙钛矿因具有吸光系数高、带隙可调节、载流子扩散距离长等优点引起了人们的广泛关注。在科研工作者不断地努力下，目前钙钛矿太阳能电池的认证光电转化效率(PCE)已达到25.2%，展现出了极大的实用潜力。但钙钛矿太阳能电池(PSCs)依然存在稳定性差、环境污染(含有重金属Pb)、空穴传输材料(HTM)及金属背电极价格昂贵以及不易大面积制备等问题，大大的限制了其商业化发展。 因此，针对PSCs的HTM及金属背电极价格昂贵的问题，本论文开展了一系列的研究工作，包括两个方面：一是选择具有高导电性的二维材料MXene作为背电极，用来替代昂贵的空穴传输材料与金属电极。二是通过水热法，合成高质量的铜纳米线(CuNWs)，并制备成导电性与透光率优异的透明电极，组装成半透明钙钛矿太阳能电池。 (1)MXene背电极的制备与应用。采用酸蚀法刻蚀母体的材料Ti3AlC2，将其中的Al层以HF酸刻蚀掉，合成具有类石墨烯结构的二维材料Ti3C2。表征发现Ti3C2具有高的导电性以及与金相似的功函，适合替代昂贵的空穴传输材料与金属电极，制备无空穴传输及贵金属背电极的钙钛矿太阳能电池。该替代电极避免了高温高真空的蒸镀条件，简化了制备工艺，降低钙钛矿太阳能电池的制备成本。同时，我们选择乙炔黑作为电极填充剂，修饰了二维材料Ti3C2，改善电极的导电性以及增强对空穴的提取能力。并选择聚醋酸乙烯酯(PVAc)作为电极粘结剂，利用PVAc的热塑性通过热压法实现了Ti3C2背电极与钙钛矿的无缝连接，有效的减小了电极的方块电阻与界面电阻，使得电池的PCE达到13.83%。并且Ti3C2背电极钙钛矿太阳能电池具有良好的稳定性与重现性。 (2)CuNWs半透明钙钛矿太阳能电池的研究。采用CuCl2作为铜源，葡萄糖作为还原剂，十八胺作为封端剂，通过水热法合成了CuNWs，经过进一步纯化去除了副产物铜纳米颗粒(CuNPs)，获得了具有高长径比的CuNWs。采用简易的喷涂法制备CuNWs透明电极，该电极具有优异的导电性与透光率，其平均方块电阻为15Ω/□，透光率可达到75%左右。将透明电极与钙钛矿半电池进行叠合组装，构成具有双透光功能的CuNWs半透明钙钛矿太阳能电池。进一步优化电池电极与界面，有效增强电极对空穴的提取与传输，提高器件效率。
钙钛矿太阳能电池;热压法;空穴传输材料
大连理工大学
硕士
物理化学
高立国;马廷丽
2020
中文
TM914.4
2020-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）