新型界面层材料与结构在有机无机太阳能电池中应用-application of new interface layer materials and structures in organic and inorganic solar cells.docx

新型界面层材料与结构在有机无机太阳能电池中的应用中文摘要中文摘要随着人类对化石能源的大量使用，伴随其而来的环境污染与能源枯竭已经成为制约人类未来发展的重要因素。在这样的背景下，越来越多的国家，公司和科研机构开始大力开发清洁新能源技术，其中绿色环保的太阳能技术就是研究的重点。传统的硅基太阳能电池由于其制备成本高昂，其大规模应用受到很大限制。而新一代开发的有机太阳能电池，钙钛矿太阳能电池等虽然目前效率较低，但是都具备较低的生产成本，效率提升的势头很猛，具有广阔的应用前景。本文主要研究了以层状拓扑绝缘体材料Bi2Se3作为空穴传输层在有机聚合物太阳能电池中的应用和包埋有金纳米颗粒的TiOx薄膜作为电子收集层在钙钛矿电池中的应用。具体研究了层状Bi2Se3材料作为空穴传输层对器件效率与稳定性提升的原因。此外，在基于包埋金纳米颗粒TiOx的钙钛矿电池中，重点探究了金颗粒在光辐照下发生热电子激发与注入对TiOx薄膜性能以及电池整体的影响。具体内容如下：（1）通过湿法锂离子插层制备获得不规则的层状Bi2Se3片晶分散溶液作为空穴传输层材料，并将其应用于以poly(3-hexylthiophene)(P3HT)和[6,6]-phenyl-C61-butyricacidmethylester(PC61BM)为活性层材料的有机聚合物太阳能电池，相比于基于传统热蒸发制备的MoO3薄膜的器件，可以进一步提高光电转换效率和稳定性。（2）在传统结构的钙钛矿电池中，低温处理的TiOx薄膜由于较低的电导率和大量存在的缺陷态，极大的限制了钙钛矿电池效率的提高。通过对TiOx薄膜厚度，以及退火处理温度，钙钛矿成膜等等因素的摸索，我们在较低温度下（150℃）处理的TiOx薄膜上制备的钙钛矿（P3HT作为空穴传输层）电池实现了9.38%的光电转换效率。（3）将金纳米颗粒包埋在两层TiOx薄膜中作为钙钛矿电池的电子收集层，该层中的金纳米颗粒在太阳光辐照下可以产生热电子激发与注入，修饰低温制备TiOx在导带中的浅能级缺陷，提高了薄膜的导电性，并进一步提高了器件的光电I中文摘要新型界面层材料与结构在有机无机太阳能电池中的应用表现，基于此制备的钙钛矿电池获得了16.2％的光点转换效率。关键词：硒化铋；有机聚合物电池；钙钛矿电池；薄膜形貌；缺陷态作者：袁忠诚指导老师：孙宝全新型界面层材料与结构在有机无机太阳能电池中的应用英文摘要TheApplicationofNovelInterfacialMaterialsandStructureinOrganic-InorganicSolarCellsAbstractAlongwiththemassamountusageoffossilfuels,theissuesofenvironmentalpollutionandenergyshortagehavebecomethemainfactorthatlimitedthecontinuingdevelopmentofoursociety.Moreandmorecountries,corporationsandresearchcommunitieshaddevotedtheirefforttodevelopnewenergytechnology.Amongwiththesecandidates,photovoltaicpowergenerationhadattractedwidespreadattentionbecauseofitscleanandsafety.Althoughrelativehighpowerconversionefficiencieshadbeenachievedbysiliconbasedsolarcells,thehighsoaringcostssetbackthewideimplementation.Thenewgenerationsolarcellsincludingorganicphotovoltaics(OPV)andperovskiteonesetc.whichpromisedlowingtheproductioncostsandincreasingthepowerconversionefficienciesaswell,hadabrightfuture.Thereweretwomainpartworksthatincludedinthisthesis.Firstly,layeredtopologicalinsulator-bismuthselenide(Bi2Se3)waspreparedandutilizedasholeconductorinorganicphotovoltaics.Detailedinvestigationwasconductedtofi