钙钛矿_晶硅叠层太阳能电池的制备及其性能研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的制备及其性能研究论文作者：李春静学生类别：全日制学科门类：工学学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：杨瑞霞职称：教授资助基金项目：河北省在读研究生创新资助项目（220056）天津市自然科学基金资助项目(15JCZDJC37800)DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofMicroelectronicsandSolidStateElectronicsPREPARATIONANDCHARA

2、CTERIZATIONOFPEROVSKITE/CRYSTALLINESILICONTANDEMSOLARCELLbyLiChunjingSupervisor:Prof.YangRuixiaMay2017ThisworksupportedbytheHebeiProvinceGraduateStudentInnovationSupportProjectofChina.No.220056,andTianjinNaturalScienceFoundationofChina.No.15JCZDJC37800.摘要钙钛矿材料因其带隙可调、成本低的特点而成为硅基叠层太阳能电池

3、的顶电池的最佳材料，且带隙在1.6~1.8eV之间的钙钛矿更适合用于硅基叠层太阳能电池中，同时降低了硅基电池的制备成本。本文主要选用大气环境下性能稳定且带隙为1.77eV的CH3NH3PbI2Br作为钙钛矿顶电池的光吸收层，从顶电池的各层材料的制备、叠层太阳能电池的模拟仿真及优化等方面对2端钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池进行了研究。主要的研究内容如下：1、在大气下使用溶液一步法制备CH3NH3PbI2Br薄膜，并对退火温度对薄膜特性的影响进行了研究。研究发现由于薄膜沉积过程中溶剂挥发较快，使得CH3NH3PbI2Br薄膜呈树杈状结构，薄膜连续性、光吸收性较差，不利于高

4、效太阳能电池的制备。通过在在前驱液中添加CH3NH3Cl，与氯离子形成中间产物，减慢钙钛矿结晶速率，形成了较致密、吸收性好的钙钛矿薄膜。并且添加剂CH3NH3Cl对形成的薄膜成分没有影响。此外，退火温度为100℃时，CH3NH3PbI2Br的覆盖率、结晶特性和光吸收特性提高，但过高的温度（>120℃）会导致CH3NH3PbI2Br分解，降低了性能。同时证明了光学带隙不受退火温度的影响。2、使用磁控溅射法制备ZnO即氧化锌薄膜。探究不同溅射时间对ZnO性能的影响及对无空穴传输层钙钛矿电池性能的影响，得出溅射时间为15min时，即薄膜厚度为61.8nm时，ZnO具有较

5、好的光学特性，电池效率达到0.558%。3、采用SilvacoAltas软件分别对无空穴传输层和以NiOx为空穴传输层的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池进行模拟，重点从CH3NH3PbI2Br厚度、隧道结及NiOx层厚度入手，分析其对电池性能变化的影响。对于无空穴传输层的钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池而言，当CH18cm-3、隧道结厚度为3NH3PbI2Br厚度为200nm、掺杂浓度为5×102×10nm时，实现了电流匹配，性能可达到最佳，优化的效率为12.134%，开路电压为0.9V，短路电流为25.21072mA/cm2。4、模拟结果表明，通过在顶电池添加NiOx空穴传

6、输层，提高了叠层太阳能电池的性能。当NiOx厚度为30nm，CH3NH3PbI2Br厚度为500nm、隧道结掺杂浓度为1×1019cm-3时，隧道结起到良好的隧穿作用，叠层太阳能电池效率为最优，效率可达到30.850%。关键字：CH3NH3PbI2Br钙钛矿薄膜钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池ZnO模拟NiOx空穴传输层隧道结IABSTRACTThedirectbandgapoftheperovskitecanbeadjustedcontinuouslyandpreparationcostisverylow,whichmakeitbecomethebestlightab

7、sorptionlayermaterialofthetopsolarcellinSi-basedLowpreparationcosttandemsolar.What’smore,thedirectbandgapofperovskiteis1.6~1.8eV,whichisverysuitabletofabricateatandemsolarcell.ThispapermainlyusestheCH3NH3PbI2Brperovskiteasthelightabsorptionlayerinthetopsolarcellwhichhasstableperforman

8、ceint