低溫TiO2制備及其在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的應(yīng)用.pdf

1、有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料CH3NH3PbX3（X=Cl，Br，I），由于具有低的激子束縛能，合適的禁帶寬度，長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，高的光吸收系數(shù)和溶液加工性能，近幾年來(lái)，越來(lái)越受到人們的關(guān)注。基于這種雜化鈣鈦礦材料的光伏器件其效率已經(jīng)突破了22.1％，基本上可以達(dá)到晶體硅太陽(yáng)能電池的水平，所以被看做是下一代光伏器件的候選者。然而現(xiàn)在通常在鈣鈦礦太陽(yáng)電池器件中作為電子傳輸層的TiO2制備都需要高溫?zé)Y(jié)（＞500℃），這樣就阻礙了其在柔性可穿戴

2、器件上的應(yīng)用。因此，在不損失效率的條件下，找到一種低溫 TiO2的制備方法，就可以實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的低溫制備。
　　我們發(fā)現(xiàn)通過(guò)TiCl4在70℃下水解，可以直接生成金紅石相TiO2，其不僅可以低溫生成，而且可以通過(guò)化學(xué)浴的方式直接成膜，免去了后續(xù)的旋涂過(guò)程。我們對(duì) TiCl4的水解濃度和時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化，最終制備了可以應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池的高質(zhì)量TiO2薄膜。
　　1、通過(guò)在70℃下將TiCl4水解，可以直接在FTO玻璃上生

3、長(zhǎng)TiO2薄膜，通過(guò)調(diào)控 TiCl4濃度和生長(zhǎng)時(shí)間，我們可以得出200mM的 TiCl4水溶液水解60min；可以得到最優(yōu)的金紅石相TiO2薄膜，薄膜厚度60nm左右。采用FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Au結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了11.18%的光電轉(zhuǎn)換效率。
　　2、紫外臭氧照射處理不僅可以移除氧化物表面的有機(jī)殘留，而且可以增大氧化鈦的表面潤(rùn)濕性。通過(guò)氧化鈦的表面處理，可以使鈣鈦礦太陽(yáng)電池的效率提升到12.

4、62%。通過(guò)吸收光譜、PL、電化學(xué)阻抗、SEM、IV、IPCE等，分析了其中的機(jī)理。
　　3、通過(guò)鈮元素?fù)诫s可以提升TiO2的載流子濃度，提升其電子的傳輸性能。不僅使器件效率提升到16.12%，而且在很大程度上減小了電池的滯后效應(yīng)。通過(guò)XPS、電化學(xué)阻抗、PL等手段來(lái)解釋了其中的原理。隨后采用了同樣的方法，對(duì)TiO2進(jìn)行了其他元素?fù)诫s（鉭、鎢等），均提高了鈣鈦礦電池的性能。
　　4、采用低溫制備的 TiO2薄膜作為基底，運(yùn)用

5、噴墨打印機(jī)（DMP-2831），實(shí)現(xiàn)了大面積鈣鈦礦薄膜的打印。通過(guò)溶劑的調(diào)節(jié)，可以使得打印的鈣鈦礦電池效率達(dá)到15.27%，高于參比的旋涂器件效率12.69%。通過(guò)在 TiO2與CH3NH3PbI3薄膜插入5nm的C60，可以進(jìn)一步提升界面性能，最終得到了17.04%的效率。
　　綜上所述，本文采用低溫化學(xué)浴法制備了高質(zhì)量的TiO2薄膜，將其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽(yáng)電池當(dāng)中，通過(guò)紫外臭氧照射表面處理，使得器件的效率提升。為了進(jìn)一步優(yōu)化器件