摘要
随着社会的发展速度不断加快，化石能源的有限性与对环境的污染，人们对新能源的开发与利用越来越重视，太阳能电池得到了迅猛发展，尤其是钙钛矿太阳能电池，由于其制备工艺简单、材料广泛、光谱响应范围宽等优良特性而得到众多科研学者的关注，目前最高效率已经突破22.7%，而且发展潜力巨大。 钙钛矿太阳能电池中一般使用的钙钛矿材料是CH3NH3PbI3，这种材料的稳定性较差，与空气接触、在潮湿或者高温的环境中易于分解，电池效率退化严重。本文通过制备三阳离子基团材料的钙钛矿太阳能电池，大大增加了器件的稳定性，并且进一步通过对电池进行电化学阻抗谱测试与分析，探究了钙钛矿太阳能电池中的阻抗特性，对以后的工作有很大的促进作用。具体研究内容如下： 首先制备了基于传统介孔结构的钙钛矿太阳能电池，从太阳光入射的一面依次为：FTO导电玻璃、TiO2致密层、Li盐修饰的TiO2介孔层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金电极。在传统的钙钛矿材料中加入 CH(NH2)2+、Cs+阳离子形成三阳离子混合的钙钛矿材料，钙钛矿薄膜的吸光率有所增加，将钙钛矿太阳能电池的最高效率由16.2%提升到18.2%，平均效率也从14.0%增加到16.84%，并且开路电压、短路电流、填充因子等参数均有不同程度的提升。在提升效率的同时，电池的稳定性也有非常大的提升，两种器件分别放置在常温空气中、高湿度条件下、高温度条件下，三基团都比单基团器件展示了较强的稳定性，计算了二者的平均无故障时间（MTTF），若把可接受的最低效率Plimit设置为初始效率P0的70%，仿真计算出的单基团钙钛矿太阳能电池的MTTF为516小时，而三基团钙钛矿太阳能电池的MTTF为4425.8小时，是单基团器件寿命的8倍以上。以上测试都证实三基团器件与单基团器件相比性能上的提升。 通过一系列实验进行了对钙钛矿太阳能电池的阻抗特性测试和分析。通过合理的数据处理过程，建立等效电路，即高频部分由电池系统内部的载流子传输过程控制，低频部分由载流子复合过程控制的阻抗模型，对不同钙钛矿太阳能电池器件进行合理的阻抗分析。为了了解平面结构与介孔结构钙钛矿太阳能电池的不同，以及组成太阳能电池的各层的作用，分别制备了各种结构的电池进行测试分析：介孔层有利于电子传输，但是也会增加电子空穴的复合；致密层会增加传输电阻，但是可以有效的阻挡空穴；空穴传输层可以增强电池对空穴的抽取能力，并将空穴传输至电极。对致密层进行掺杂，通过测试发现掺杂之后的器件传输电阻略有下降，同时复合电阻大幅度增加，因此掺杂对电池性能有促进作用。测试了单基团和三基团两种器件的阻抗谱，三基团材料制备的器件传输电阻明显要低于单基团材料制备的器件，这也印证了三基团材料器件优良的性能。
NETL