钙钛矿太阳能电池光吸收层薄膜的制备与氮化镓纳米线阵列的合成

【摘要】：能源危机始终是全人类必须面对的一个大问题,特别是煤炭、石油等传统能源的持续使用会产生巨大的碳排放,危害全球气候与人居环境,所以清洁能源的开发和利用在当前变得尤为重要。太阳能是地球上大多数能源的起源,而太阳能电池能够实现太阳能到电能的直接转化,是绝佳的清洁能源技术。其中钙钛矿太阳能电池的能量转换效率在近几年得到迅速的提高,吸引了研究人员极大的关注。在此背景下,本文采用液相旋涂法制备了平面型钙钛矿太阳能电池的光吸收层薄膜,系统地探究了旋涂工艺、退火条件、不同衬底、前驱体溶液组分等对钙钛矿薄膜覆盖率及光吸收系数的影响,最后得到了高覆盖率的CH3NH3Pb I3和CH3NH3PbI3-xClx薄膜,且二者都能在Ti O2上产生荧光淬灭现象,为制作钙钛矿太阳能电池奠定了基础。其中,一步法旋涂工艺得到的薄膜经过氯苯处理,可实现CH3NH3PbI3的快速形核,晶粒大小均匀、薄膜表面平滑。两步法的旋涂工艺预先旋涂得到Pb I2薄膜,经过转化也可得到晶粒大小均匀的CH3NH3PbI3薄膜,而转化过程中引入DMF蒸汽可使晶粒进一步长大。CH3NH3PbI3-xClx薄膜在不同的衬底及不同的退火条件下表现出不同的形貌,具有一定表面粗糙度的衬底利于薄膜的覆盖,相对低的退火温度利于形成光滑的薄膜。一维纳米半导体材料具有许多优越的性能,在制作太阳能电池及高性能电子器件中都有重要的应用。GaN材料以其独有的宽带隙、高的击穿电场、高的热导率、以及高的电子饱和速率,成为第三代半导体材料的代表。本文采用简单的化学气相沉积的方法制备了GaN纳米线,经过XRD和TEM表征分析,发现我们生长的GaN纳米线为六方纤锌矿结构的单晶,纳米线沿着[0001]方向择优生长。通过SEM发现了不同金属催化生长的GaN纳米线形貌的差异,并研究了具有特殊形貌的GaN纳米线的生长机理。此外,通过控制反应气体流量调控气氛中Ga和N的比例及控制金属催化剂的厚度等措施增加形核点数目,实现了GaN纳米线阵列的生长。 【关键词】：钙钛矿 覆盖率 纳米线
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2;TM914.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-21
• 1.1 研究背景及意义8-9
• 1.2 太阳能电池9-11
• 1.2.1 太阳光谱9-11
• 1.2.2 太阳能电池的工作原理11
• 1.3 太阳能电池的分类11-15
• 1.3.1 硅太阳能电池12-13
• 1.3.2 化合物半导体太阳能电池13-14
• 1.3.3 有机聚合物太阳电池14
• 1.3.4 染料敏化太阳能电池14-15
• 1.4 钙钛矿太阳能电池的发展历程及存在的问题15-20
• 1.4.1 敏化钙钛矿太阳能电池15-16
• 1.4.2 敏化钙钛矿太阳能电池中的支撑层材料16-17
• 1.4.3 平面异质节结构的钙钛矿太阳能电池17
• 1.4.4 反型结构的钙钛矿太阳能电池17-18
• 1.4.5 钙钛矿中载流子的传输特性18
• 1.4.6 钙钛矿太阳能电池的稳定性18-19
• 1.4.7 钙钛矿太阳能电池的迟滞效应19-20
• 1.5 本文主要的研究内容20-21
• 第二章 有机金属卤化物钙钛矿CH_3NH_3PbI_3薄膜的制备21-32
• 2.1 钙钛矿材料21-24
• 2.2 一步法旋涂制备MAPbI_3薄膜24-28
• 2.2.1 碘化甲铵的制备24
• 2.2.2 TiO_2致密层的制备24-25
• 2.2.3 MAPbI_3薄膜的制备25-28
• 2.3 两步法旋涂制备MAPbI_3薄膜28-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜的制备32-42
• 3.1 CH_3NH_3PbI_(3-x)Cl_x薄膜中Cl的作用32-33
• 3.2 实验过程33
• 3.3 前驱体溶液浓度的影响33-35
• 3.4 衬底对形貌的影响35-39
• 3.4.1 TiO_2和PEDOT:PSS的修饰作用36-37
• 3.4.2 TiO_2厚度的影响37-39
• 3.5 退火温度及时间的影响39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 第四章 CVD方法生长GaN纳米线阵列42-54
• 4.1 GaN材料的发展历程42-43
• 4.2 GaN材料的特性43-44
• 4.2.1 物理性质43-44
• 4.2.2 化学性质44
• 4.2.3 电学性质44
• 4.3 GaN纳米线的研究现状44-46
• 4.3.1 化学气相沉积44-45
• 4.3.2 激光烧蚀法45
• 4.3.3 有机金属化学气相沉积45-46
• 4.4 CVD合成GaN纳米线46-52
• 4.4.1 CVD实验设备46
• 4.4.2 实验过程46-47
• 4.4.3 催化剂的选择47-50
• 4.4.4 特殊形貌的GaN纳米线50-51
• 4.4.5 GaN纳米线阵列的制备51-52
• 4.5 本章小结52-54
• 第五章 全文总结54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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