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基于喷雾热解法制备铌掺杂TiO2薄膜的光电性质研究


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【内容概述】

基于喷雾热解法制备铌掺杂TiO2薄膜的光电性质研究


特点成为光伏领域中潜力巨大的研究新方向。七年间,效率从3.81%提高到了22.1%,发展非常迅速。
钙钛矿太阳能电池由钙钛矿活性层、电子传输层、空穴传输层和导电基底(FTO及ITO导电玻璃和Au、Ag等金属),其中致密层作为阻挡电子与空穴复合的重要组成部分,在钙钛矿太阳能电池中有着非常关键的作用。优异的钙钛矿太阳能电池致密层应该具备电阻适宜、结构致密、能级结构适宜且透光性能好等特征。本文采用自动喷雾热解法制备用作钙钛矿太阳能电池致密层的TiO2薄膜,并研究致密层形貌结构以及铌掺杂过程对TiO2薄膜光电性能的影响。本研究主要分为两个部分:
首先,通过调节自动喷涂参数,包括喷枪行程、喷涂距离、喷涂速度及喷涂量等,借助薄膜面电阻及扫描电子显微镜(SEM)等测试手段,优化喷涂条件。同时,测试不同致密层组装钙钛矿太阳能电池的光电性能,得到最优喷涂工艺:喷涂距离为20cm,喷涂速度为3mL/min,喷涂量15mL,在此工艺条件基础上得出的致密层平均面电阻为5.36kΩ,厚度为50nm左右,相应钙钛矿太阳能电池光电转化效率为12.31%。
其次,使用NbCl5作为掺杂剂,制备不同Nb掺杂量的TiO2薄膜。Nb掺杂不仅可以提高薄膜电导率,而且不会影响薄膜的透光率。交流阻抗(EIS)和荧光性能(PL)测试表明,Nb掺杂TiO2薄膜可以更快地抽取钙钛矿薄膜中的光生电子,减少电子和空穴在TiO2/钙钛矿界面的复合,从而有利于提升电池光电性能。当TiO2薄膜中Nb掺杂量为3%和5%时,相应的钙钛矿太阳能电池平均光电转化效率由12.59%提升至13.82%和13.48%,最高光电转化效率由13.66%提升至14.20%和14.29%。
因此,Nb掺杂是改善TiO2薄膜光电性能的有效手段,本文实验结果对开发高性能钙钛矿太阳能电池具有一定意义。
 

关键词:钙钛矿太阳能电池,致密层,喷雾热解法,铌掺杂

 

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