基于有机_无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池研究

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1、学号12101317常州大学硕士学位论文基于有机/无机杂化钙钛矿材料的太阳能电池研究研究生董旭指导教师袁宁一教授学科、专业名称材料学研究方向新能源材料与器件2015年5月Efficienthybridsolarcellsbasedonorganic-inorganicperovskitesADissertationSubmittedtoChangzhouUniversityByDongXuMaterialsScienceDissertationSupervisor:Prof.YuanNingyiMay，2015常州大学学位论文原创性声明本人郑

2、重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下独立进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中以明确方式标明。本人已完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权的说明本学位论文作者完全了解常州大学有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属常州大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全

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4、中在提高电池的能量转化效率，而对于钙钛矿电池稳定性的研究却很少，但是稳定性却是钙钛矿电池走向实际应用最关键的问题。本论文在尝试不同方法制备高性能的钙钛矿电池的基础上，研究潮湿环境和光照下钙钛矿电池性能衰减的本质原因，然后尝试通过不同的界面后处理方法解决钙钛矿电池的稳定性问题。首先，本论文通过不同的钙钛矿沉积方法制备了FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/HTM/Ag平面结构钙钛矿电池，其平均效率达到了15.8%。在此基础上，研究了氧化锌致密层对电池性能的影响。利用原子层沉积（ALD）技术低温制备ZnO致密层取代高温烧结的溶胶凝胶法TiO2致

5、密层。研究表明：将PbI2和CH3NH3I的DMF混合溶液一步法获得的钙钛矿层用于FTO/ZnO/CH3NH3PbI3/HTM/Ag电池，电池效率高达13.1%，这与基于TiO2致密层的钙钛矿太阳能电池相近。但同时发现，当使用含Cl的钙钛矿先驱溶液一步法制备钙钛矿层时，虽然ALD-ZnO可以在室温下促进钙钛矿快速结晶，但电池效率较低。其次，研究了钙钛矿电池的湿度稳定性。通过第一性原理计算解释了有机/无机杂化钙钛矿材料遇水分解的内在机理，并发现有机/无机杂化钙钛矿结构在潮湿的环境下不可避免地会发生分解。然后通过ALD方法在HTM层上沉积超薄Al

6、2O3层来阻止水（H2O）的渗透，并实现了超薄ALD-Al2O3界面处理后的电池在空气中放置24天后，其效率仍能维持在初始效率的90%左右。最后，研究了钙钛矿电池的光照稳定性。通过实验探究了氮气保护下的钙钛矿材料光照分解的原因，发现TiO2致密层上吸附的水氧和TiO2具有的光催化作用是光照下封装的钙钛矿太阳能电池性能衰+–减的最主要原因。然后通过单分子层HOOC-R-NH3Cl界面后修饰方法有效提高了电池光照稳定性。以上研究表明，ALD技术可以应用在钙钛矿电池的致密层制备中，同时通过界面后处理的方法可以大幅度提高钙钛矿电池的稳定I性。这些研究

7、将为钙钛矿电池的商业化发展提供一定的借鉴和参考。关键词：钙钛矿太阳能电池；ALD；界面修饰；光电性能；稳定性IIABSTRACTHybridorganic/inorganichalideperovskiteshaveattractedsignificantattentionowingtotheveryrapidprogressintheirphotovoltaicpropertiesovermerefiveyears.Thepowerconversionefficiency(PCE)hasbeenincreasedfrom3.8%in2009

8、to9.7%in2012,andmostrecentlyto19.3%.Thusfar,muchoftheefforthasfocusedonthefabricat