柔性高迁移率氧化锌基TCO薄膜及其在钙钛矿电池中应用
透明导电氧化物薄膜是新型光电薄膜中极为重要的一类，其在太阳光谱可见光范围内透明，对红外光有较强的反射，且电导率较大，因而是一种比较理想的透明电极材料，已在太阳能电池、液晶显示器、气体传感器、智能玻璃等领域得到广泛应用。 本论文以氧化锌基透明导电薄膜及其在钙钛矿太阳能电池中的应用为研究内容，综合采用脉冲激光沉积技术，热蒸发真空镀膜技术，及水热技术，制备了铝、氟掺杂氧化锌(AZO、FZO)及金属/氧化锌复合薄膜(Cu/FZO、Ag NW/FZO)，系统研究了其透明导电性能，并将Ag NW/FZO薄膜应用到钙钛矿电池中，初步研究了其对电池性能的影响。主要研究内容及结果如下: 1、研究了PLD法制备的Al、F施主掺杂ZnO(AZO、FZO)薄膜的透明导电性能。以含有ⅢA族/Ⅶ族元素(Al、F等)的化合物为施主掺杂剂对氧化锌靶材进行掺杂，研究了PLD生长条件，如掺量、气压、温度等，对AZO、FZO薄膜生长及透明导电性能的影响。最优生长条件下，玻璃衬底上AZO薄膜电阻率为2.6×10-4Ω·cm，对应的载流子浓度为8.4×1020 cm-3，霍尔迁移率28.5cm2/Vs，在可见光范围内的透光率超过85％。在PET衬底上FZO薄膜最优电阻率为2.02×10-3Ω·cm，对应的载流子浓度为2.47×1020cm-3，霍尔迁移率达到12.5 cm2V-1s-1，透过率超过90％。 2、综合利用PLD法和热蒸发法制备了柔性Cu/FZO复合薄膜，并研究了其透明导电机理。在柔性衬底上沉积不同厚度铜膜，在其上生长一层FZO薄膜形成Cu/FZO复合薄膜。系统研究了金属铜层厚度对复合薄膜的性能的影响。实验发现，随着铜层厚度的增加（3→50 nm），Cu/FZO复合薄膜电阻率不断减小(4×10-3→2.2×10-5Ω·cm)，其透过率会随之下降（80％→5％）。霍尔效应结果证实，复合薄膜电阻率下降主要是由于薄膜载流子浓度的增加，这是由于费米能级的不同，铜层和FZO层接触时，电子从铜层流向FZO层引起的。 3、综合利用PLD法和水热法制备了柔性Ag NW/FZO复合薄膜。研究了银纳米线的长度、旋涂工艺对单层Ag NW薄膜透明导电性能的影响。实验发现，长银纳米线(约60 um)比短银纳米线（约15 um）更适合制备透明导电薄膜;当悬浮液浓度为4 mg/mL时，银纳米线薄膜面电阻为19.2欧姆/平方，透光率达到90.14％，高于ITO(89.8％)。Ag NW薄膜复合FZO层后在保持其透明导电性能的同时，还具有较高的雾度(36.5％-38％)，其机械性能也有所提高。 4、将具有高透明导电性能、高雾度的Ag NW/FZO复合薄膜应用到钙钛矿薄膜电池。采用两步法组装了具有Ag NW/FZO|TiO2|甲胺铅碘|HTM|金属电极结构韵钙钛矿电池，初步探索了电池器件的制备工艺。Ag NW/FZO电极与传统的FTO电极相比，钙钛矿电池效率从2.95％提高到4.1％，主要是由于Ag NW/FZO电极具有较高的雾度，增加了光程，提高了光的利用率。
钙钛矿太阳能电池;氧化锌基薄膜;制备工艺;透明导电性能
济南大学
硕士
材料科学与工程
曹丙强
2015
中文
TM914.4;TM242:TM205.1
102
2016-03-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）