FTO電極有機功能化修飾及其高效鈣鈦礦太陽能電池應用.pdf

1、能源危機是21世紀人類面臨最大的問題之一，而太陽能既是國際公認的理想替代能源，也是人類可利用的可再生清潔能源。目前，以硅基為主的無機太陽能電池，其最高效率已經(jīng)達到了25.6%，正在逐漸接近理論上限值30%。但是由于其生產(chǎn)工藝復雜，生產(chǎn)成本較高，從而制約著硅基太陽能電池的廣泛應用。與半導體硅相比，有機/無機雜化鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光伏性能，如適宜的禁帶寬度、微米級的電子-空穴擴散長度、極高的光吸收系數(shù)和很好的載流子遷移率等。得益于此，在短

2、短的幾年時間里，研究者通過優(yōu)化器件結構、材料及制備工藝，使器件的電池效率從9.7%升到了22.1%。但是，電池結構中的電子傳輸層需要高溫煅燒制備，這無疑增加了器件的制備成本，阻礙了其進一步商業(yè)化進程。因此，在低溫的條件下制備出高性能的鈣鈦礦太陽能電池器件，這對于鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化發(fā)展有著重要的現(xiàn)實意義。本文以低溫制備高效鈣鈦礦太陽能電池為目標，探索通過界面修飾電極來提高其器件的性能，進一步分析其內在機理，為器件光伏性能的提升提供有

3、益的借鑒。
　　本研究主要內容包括：⑴在100oC低溫下，在一步法基礎上采用快速結晶法制備出致密的鈣鈦礦薄膜，其器件的光電轉化效率為9.0%。由于FTO電極從鈣鈦礦薄膜中提取電子需要跨越很大一個能壘，這十分不利于電子的傳輸，進而限制了器件的光電轉化效率。因此，利用鄰二氯苯在UV照射下修飾FTO電極表面來增大其電極的功函數(shù)，從而有效降低了電子傳輸?shù)哪軌?，進而提高了電池器件的光電轉化效率。結果表明，經(jīng)110 s的UV照射處理后，所制備

4、的器件性能達到最佳，其光電轉換效率為13.4%，開路電壓接近1.0 V，短路電流密度為20.8mAcm-2。⑵利用PEI聚合物修飾FTO電極作為電子傳輸材料應用于平面鈣鈦礦太陽能電池。測試結果表明，PEI溶液的質量分數(shù)與電池性能有著密切關系。當PEI溶液的質量分數(shù)為0.04%時，所制備的鈣鈦礦太陽能電池性能最佳，其光電轉化效率為10.4%，短路電流密度為20.09 mA cm-2，串聯(lián)電阻為9.97?。進一步研究和分析證明，PEI作為電