摘 要

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两年来受到太阳电池业内的广泛关注。在钙钛矿太阳能电池中广泛使用一种名为spiro-OMeTAD的空穴传输材料，因其合成极为复杂，其价格也相当昂贵。因此，寻找其他半导体替代spiro-OMeTAD，对于加速该类电池的商业化进程具有重要意义。无机p型半导体NiO具有许多有机空穴导体无法比拟的特点，如长期稳定性和耐久性好；制备工艺简单，空穴导电率高等。本课题拟采用电化学沉积的方法制备NiO薄膜，探究其制备工艺条件对薄膜质量的影响，并对NiO基钙钛矿太阳能电池的光电转换性能进行研究。

本文采用电化学沉积法制备NiO薄膜，研究沉积电位、退火温度、沉积时间对薄膜的微观结构、显微形貌及透光性能的影响。研究结果表明，以0.2mol/L的Ni(NO₃)₂为电解液电化学沉积NiO薄膜的沉积电压为-0.9V，沉积时间为60s，退火温度为350℃时，薄膜微观结构和光学性能较好。此外还研究制备了NiO基钙钛矿太阳能电池，探索了NiO的晶体质量和薄膜厚度等参数对电池光电转换性能的影响，研究发现在最佳条件下制得的NiO基太阳能电池的最高光电转换效率达6.18%。

关键词：钙钛矿，氧化镍，薄膜，电化学沉积法，太阳能电池

Abstract

Perovskite based solar cell, as a kind of high efficiency and low cost of solid-state batteries, received extensive attention of solar cell industry in the last two years. A hole-transporting material called spiro-OMeTAD hole-transporting material is widely used in the perovskite solar cells. Because of its synthesis is very complex, its price is very expensive. Therefore, looking for other semiconductor alternative spiro-OMeTAD is of great significance to accelerate the commercialization of this kind of battery. Inorganic p type semiconductor NiO has the characteristics of many organic hole conductor can’t compare with,such as long-term stability and good durability, the simple preparation technology and hole high conductivity. This topic proposed NiO films by electrochemical deposition method and explore the effects of preparation conditions on the quality of the films, and to study the photoelectric conversion performance NiO-based perovskite solar cells.

To prepare NiO films by electrochemical deposition method, then study the deposition potential, annealing temperature, deposition time on microstructure, microscopic morphology of the thin films and the influence of the pervious to light..The research results show that under 0.2 mol/L concentration of electrochemical deposition of NiO films prepared by deposition voltage of 0.9 V, deposition time for 1min, when annealing temperature is 350℃, the membrane structure and performance is better. In addition, preparation of NiO-based perovskite solar cells and explore the effect of NiO crystal quality and film thickness and other parameters on battery photoelectric conversion performance,and the result shows that under optimal conditions ,the NiO-based solar cells’ highest photoelectric conversion efficiency is 6.18%.

Key words: perovskite, NiO, film, electrochemical, deposition method, solar cells

目录

第一章 绪论 1

1.2有机/无机钙钛矿型太阳能电池的结构 2

1.2.1电子传输层（ETM） 2

1.2.2光吸收材料有机/无机杂化钙钛矿 3

1.2.3空穴传输层 (HTM) 4

1.3空穴传输层材料国内外研究现状 4

1.4 NiO材料的光电特性 5

1.5本论文选题思路及研究内容、目标和基本方案 6

第二章 实验部分 7

2.1实验试剂与设备 7

2.2 NiO薄膜的制备 8

2.3 探究不同条件下NiO薄膜的质量 9

2.3.1不同沉积电位下NiO薄膜的质量 9

2.3.2不同沉积时间下NiO薄膜的质量 10

2.3.3不同退火温度下NiO薄膜的质量 10

2.4 NiO基钙钛矿太阳能电池的制备 10

2.5 材料表征与性能测试 11

第三章 结果与分析 13

3.1线性伏安曲线分析 13

3.2 NiO薄膜的XRD与SEM分析 14

3.2.1 不同沉积电位下NiO薄膜的XRD与SEM分析 14

3.2.2 不同沉积时间下的NiO薄膜的XRD和SEM分析 17

3.2.3不同退火温度下NiO薄膜的XRD分析 19

3.3 NiO薄膜紫外—可见透过光谱分析 21

3.3.1不同沉积电位下的NiO薄膜透过光谱分析 21

3.3.2不同沉积时间下NiO薄膜透过光谱分析 22

3.3.3不同退火温度下NiO薄膜透过光谱分析 23

3.4 NiO基钙钛矿太阳能电池的研究 24

3.4.1 钙钛矿层的结构与性能 24

3.4.2不同退火温度下电池的性能 25

3.4.3 不同沉积时间下电池的性能 26

3.4.4 改善电池的性能的其他工作 27

第4章 结论 29

参考文献 30

致谢 32

绪论

1.1 钙钛矿太阳能电池研究进展

随着近年来工业迅速发展和人口大幅增长，全球能源需求，尤其是对石油、煤、天然气等方便利用的能源需求持续增长。目前，80%的能源消耗由化石燃料提供，由此导致了环境污染和全球变暖等问题。然而化石燃料是不可再生的能源，将在不久的将来消耗殆尽。从长远来看，可再生能源将是未来人类的主要能源来源，因此人们不断地对风能、水能和太阳能等可持续资源研究利用。太阳能因具有资源丰富，可持续发展的特性成为了研究的热点，而我国76% 的国土光照充沛，光能资源分布较为均匀，资源优势得天独厚，因此太阳能的应用前景十分广阔。众所周知，太阳能可以转换为电能，热能，化学能等多种形式，其中电能作为最易控制、使用最广泛的一种能量形式，太阳能电池自然成为了研究重点。太阳能电池是以光生伏特效应为基础，直接将光能转换成电能的器件。太阳能电池的应用领域十分广泛，大体可归纳如下：用户型太阳能电源，太阳能建筑，光伏电站，通讯/通信领域，石油、海洋、气象领域，家庭灯具电源，交通领域等。目前存在的太阳能电池主要有：硅系太阳能电池，化合物薄膜太阳能电池，有机薄膜太阳能电池，染料敏化太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。

钙钛矿太阳能电池作为一种高效率、低成本的固态电池近两年来受到太阳电池业内的广泛关注。钙钛矿太阳能电池是由染料敏化电池演化而来的，所用的吸光材料主要是CH₃NH₃PbX₃（X代表卤族元素），其吸收系数高达10^5。钙钛矿太阳能电池具有成本低，制备工艺简单，以及可制备柔性、透明及叠层电池等一系列优点。除此之外，钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层,还可用作电子和空穴传输层, 以制备出不同结构的钙钛矿太阳电池: 介孔结构、介观超结构、平面结构、无HTM 层结构和有机结构等。不仅如此，钙钛矿材料制备方法的多样性使其更具吸引力, 目前已有一步溶液法、两步连续沉积法、溶液-气相沉积法等^[1]。