太陽能電池用有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)與光電性能.pdf

1、隨著煤、石油、天然氣等不可再生能源的日益枯竭，利用太陽能應(yīng)對能源危機(jī)和環(huán)境問題已成為各國研究人員的重要課題。有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池自2009年被發(fā)現(xiàn)以來，由于其低溫可制備、穩(wěn)定性高、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，短短幾年時間得到了迅猛的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率從最初的3.8％到今年已經(jīng)達(dá)到了22.1%。而作為太陽能電池的光吸收層材料，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的性能對太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率會產(chǎn)生極大的影響，因此對有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)與光電

2、性質(zhì)的研究十分必要。
　　本文探尋了有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦CH3NH3PbI3晶體的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，并建立了具有Cl摻雜的CH3NH3PbI3-xClx以及CH3NH3PCl3晶體結(jié)構(gòu)，通過使用Material Studio軟件中CASTEP程序，對所建立的結(jié)構(gòu)進(jìn)行第一性原理計算，得到不同體系材料的電子結(jié)構(gòu)與光電性質(zhì)。計算結(jié)果表明，CH3NH3PbI3-xClx體系的光吸收性能與載流子濃度要優(yōu)于CH3NH3PbX3體系，而其中的CH3NH

3、3PbI2Cl鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)計算得到的載流子濃度較大，帶隙又相對較小，吸收范圍最廣，更適合作為太陽能電池的光吸收層材料。
　　在理論計算的基礎(chǔ)上，本文選擇CH3NH3Cl與PbI2(Ⅱ)粉末與DMF有機(jī)溶液混合作為前驅(qū)體溶液，通過對溶液的差熱-熱重分析而制定了制備CH3NH3PbI3-xClx有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦薄膜的工藝參數(shù)，對得到的鈣鈦礦薄膜進(jìn)行測試與表征，并對工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最終得到基底導(dǎo)電玻璃加熱170℃時旋涂，得到的薄

4、膜隨后在120℃下保溫10min退火的最優(yōu)工藝參數(shù)。通過對鈣鈦礦薄膜的結(jié)構(gòu)表征，發(fā)現(xiàn)與以往報道不同的是，CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦材料的X射線衍射圖在14.8°與15.2°存在峰值，并且其結(jié)果與第一性原理計算得到的結(jié)果擬合良好。
　　最后，采用COMSOL有限元軟件對不含空穴傳輸材料的有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽能電池進(jìn)行建模及數(shù)值模擬，模擬采用計算與實驗得到的相關(guān)參數(shù)。通過模擬單色光和太陽光對電池的輻照，得到不同