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1. 研究目的与意义(文献综述)
随着现代化和工业化的不断推进,人们在日常生活和生产方面所需求的能源数值也越来越多,从这一角度来讲,这个时代不仅是生产力蓬勃发展的时代也是能源不断改进、提升的时代。事实上,曾为工业血液的化石能源已经逐渐显露疲态,当下的剩余储量和质量都难以满足日益提升的需求,另一方面,化石能源所造成的硫、氮污染对生态环境压力不小,也与可持续发展的理念不符,因此,新兴能源的发展是必须也是必要的,发展新兴能量才能不受旧能源的局限性所掣肘。能源,那么太阳系最大的能源来源-太阳也就步入了研究者的视线。
太阳能的利用史相当悠久,但系统的将其转化为二次能源并储存、应用是在1954年,美国贝尔实验室使用单晶硅制备出光电转化效率为6%的太阳能电池[1],自此,太阳能电池的新能源时代到来了。但是晶体硅制备太阳能电池的造价居高不下[2],无法在能源市场上占据有利地位,我们需要更优质的太阳能电池。
作为新生代太阳能电池的一员:钙钛矿基太阳能电池作为一种高效率、低成本的固态电池近几年来广受到业内的关注。就目前而言钙钛矿太阳电池的研大多围绕三维钙钛矿分子杂合物ch3nh3pbi3展开[3-5],但采用基于ch3nh3pbi3的钙钛矿太阳能电池就必须面对稳定性不足的问题,而这一问题又是难以绕过的瓶颈[6-7]。对比于三维钙钛矿,二维层状类钙钛矿杂合物材料和组元的选择更加丰富。由于有机组元可采用含芳环胺或长碳链的脂肪胺,其热稳定性更好、成膜性更佳。此外,二维层状类钙钛矿杂合物对在分子尺度的上结构进行剪裁和调控相对容易,基于这一点材料的性能也有望得到更加精确地设计和控制。同时,通过自组装法制备的二维钙钛矿的薄膜具有超高的表面覆盖率,初期就有4.02%的效率[8],在后续的研究中,i.c. smith等人采用层状结构获得了4.73%的效率[9]。更进一步在多层膜结构中插入聚合物阳离子之后得到了更高的效率[10],但这样效率依旧有些不足,在后续研究中采用更轻质的接近单晶质量的薄膜,效率可达12.52%且无迟滞现象[11]。进一步使用气辅溶液处理技术工艺优化后,钙钛矿在旋转镀膜过程中的成核和晶体生长动力学得到了有效地改善,形成了由密集的单晶颗粒组成的非常均匀的钙钛矿薄膜,稳态下效率也提升至16.5%[12]。现在的最高效率虽然尚不及三维钙钛矿结构的23.3%[13],但二维钙钛矿家族提供了大量的取代基和晶体结构,定义了一类有前途的稳定高效的吸光材料。
2. 研究的基本内容与方案
2.1 基本内容
(1) 采用溶液旋涂法制备(brc6h4c2h4nh3)2(ch3nh3)n-1pbni3n 1薄膜,研究不同添加剂(ch2nh3cl或nh4cl或nh4scn)以及沉积工艺参数对薄膜结构、微观形貌以及光电性能的影响。
(2)试制(brc6h4c2h4nh3)2(ch3nh3)n-1pbni3n 1基钙钛矿电池原型器件,研究制备工艺和薄膜微结构对电池性能的影响。
3. 研究计划与安排
第1-3周:查阅相关文献资料,完成英文翻译。明确研究内容,了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案,并完成开题报告。
第4-14周:按照设计方案,开展实验,采用溶液旋涂法制备新型(brc6h4c2h4nh3)2(ch3nh3)n-1pbni3n 1薄膜,研究各添加剂和工艺参数对薄膜微观结构和光电性能的影响,研制(brc6h4c2h4nh3)2(ch3nh3)n-1pbni3n 1基钙钛矿电池原型器件。下标!
第17-18周:总结实验数据,完成并修改毕业论文。
4. 参考文献(12篇以上)
[1] chapin d m, fuller c s, pearson g l. a new silicon p-n junction photocell for converting solar radiation into electrical power[j]. journal of applied physics, 1954, 25(5): 676-677.
[2] green m a. the path to 25% silicon solar cell efficiency: history of silicon cell evolution[j]. progress in photovoltaics: research and applications, 2009, 17(3): 183-189.
[3] jung h s, park n g. perovskite solar cells: from materials to devices[j]. small, 2015, 11(1): 10-25.
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