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摘 要

能源问题与环境污染已经逐渐成为当今世界的两大难题，具有清洁可再生优势的太阳能电池越来越受到人们的关注。近几年，科学家在研究中发现，一种钙钛矿结构的有机太阳能电池的转化效率或可高达50%，是目前市场上面现有的太阳能电池的转换效率的两倍，因而能大幅降低太阳能电池的使用成本。所以，对这种新型钙钛矿结构的太阳能电池材料的研究就显得非常有意义。

本毕业设计主要涉及了作为空穴传输层的钙钛矿材料的制备以及其结构表征的测试。我们这里主要采用一步溶液法来制备钙钛矿材料，即将 PbX₂和CH₃NH₃X按一定化学计量比溶解在溶剂中形成前驱体溶液,然后通过旋涂及热退火的方法制备钙钛矿薄膜。通过XRD表征材料结构，表明我们已经成功合成了碘铅甲胺（CH₃NH₃PbI₃）这种用于太阳能吸收层的钙钛矿材料。为进一步制备太阳能电池提供了前提条件。

关键词：太阳能电池 钙钛矿薄膜 一步溶液法 旋涂 退火

Preparation and structural characteristics of perovskite materials for solar cells

Abstract

The energy problem and environmental pollution have become two major problems in today's world, The solar cells with clean and renewable advantages is attracting more and more attention by people. In recent years, scientists have found an organic solar cell with perovskite structure whose conversion efficiency may be as high as 50% in the study, which is twice above the solar cell at present market, and thus can greatly reduce the manufacturing cost of the solar cells. Therefore, the research for this new type solar cell of perovskite structure is of great meaning.

This undergraduate thesis is mainly about the preparation and the structural test of the perovskite materials for solar cells. By One-step solution method, we prepared this kind of perovskite materials, CH₃NH₃PbI₃..We dissolve the PbX₂ and the CH₃NH₃X in the solvent to form a precursor solution in a certain molar ratio. The perovskite thin films were obtained by spin coating and then thermal annealing at the temperature of 95℃ for 30 mins. The XRD characterization of materials shows several crystallization peaks, indicating that we have successfully synthesized the CH₃NH₃PbI₃. This perovskite material for solar absorption layer provides us a precondition for further preparation of solar cells.

Keywords: Solar cell; Perovskite thin film; One-step solution process; Spin coating;

Thermal annealing;

目 录

摘要 I

Abstract II

目 录 III

第一章 太阳能电池概述 1

1.1太阳能电池的发展与现状 1

1.2钙钛矿太阳能电池的研究进展 2

1.3本论文研究的主要内容 3

第二章 提高钙钛矿结晶质量的途径 5

2.1 不同溶剂对钙钛矿结晶的影响 5

2.2不同退火条件对钙钛矿结晶的影响 6

2.3不同添加剂对钙钛矿成膜的影响 8

2.4 本章小结 9

第三章 钙钛矿材料的制备与结构表征 10

3.1 钙钛矿薄膜的制备方法及过程 10

3.2利用XRD表征钙钛矿材料的结构 12

3.3 钙钛矿太阳能电池设计方案 14

3.4 本章小结 15

结 语 16

参考文献 17

致 谢 19

1. 太阳能电池的概述

本章主要介绍了太阳能电池发展的现状，简要的概括了不同种类太阳能电池的优劣，并着重就钙钛矿太阳能电池的研究进展进行了介绍，最后对本论文的主要工作进行了阐述。

• 1. 太阳能电池的发展与现状

能源问题与环境污染已经逐渐成为当今世界的两大难题，具有清洁可再生优势的太阳能电池也越来越受人关注。当太阳光照射到太阳能电池表面上，一部分光子被材料吸收，形成了电子空穴对。如果在材料两侧引电极并接上负载，则会产生电压和电流，对外输出一定的功率。

而太阳能电池根据其工作原理和用的材料的不同主要可以分为以下几种：（1）单晶硅太阳能电池，（2）薄膜型太阳能电池（主要有非晶硅薄膜电池、碲化镉（CdTe）及铜铟镓硒（CIGS）等），（3）多晶硅太阳能电池，（4）非晶硅太阳能电池以及化合物半导体太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等。

单晶硅太阳能电池有许多特点：（1）原材料丰富；（2）单晶硅的制备以及PN结的制备工艺成熟；（3）与多晶硅，非晶硅相比有更高的转换效率；但是单晶硅对太阳能电池对硅的纯度要求较高，制造工艺复杂，能源消耗巨大，因此成本也比较高。

非晶硅太阳能电池由于其成本低，便于大规模生产而普遍受人们重视，并得到发展，目前制备方法以PECVD最为成熟。其中单结非晶硅太阳能电池的转换率已远高于12.5%。

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