摘 要

面对目前全球的能源短缺和环境污染，太阳能作为一种新型的可再生能源，是用来满足全球范围内总体上日益增长的能源需求的重要举措之一。其中钙钛矿太阳能电池作为新型电池，其光电转换率正在不断提高，目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达20%以上。钙钛矿太阳能电池具有高效的光电转换效率、低廉的制造成本，因此其将会是太阳能电池发展的热点之一。
本文通过研究不同钙钛矿层溶剂（DMF、DMSO、GBL等）和溶剂处理（反溶剂法等）方法对钙钛矿层成膜及电池效率的影响，继而对钙钛矿层进行优化，达到提高电池光电转换效率的目的。
由数据分析可得，DMSO和DMF相混合的钙钛矿溶剂制备出的钙钛矿太阳能电池光伏性能参数最好，相比其他的，短路电流密度、开路电压和填充因子都有了大幅度的提升，从而导致光电转换效率获得了极大的提升，最大光电转换效率达到了7.99%。这说明钙钛矿溶剂对于钙钛矿成膜有着极大的影响，是一条提升钙钛矿太阳能电池性能的便捷途径。

关键词：钙钛矿太阳能电池；溶剂；一步法；反溶剂法；光电转换效率

Abstract

Facing the current global energy shortages and environmental pollution, solar energy as a new type of renewable energy, is used to meet the overall global demand for energy is one of the important initiatives. One of the perovskite solar cells as a new type of battery, the photoelectric conversion rate is constantly improving, the current perovskite solar cell photoelectric conversion efficiency has reached more than 20%. Perovskite solar cells with high efficiency photoelectric conversion efficiency, low manufacturing costs, so it will be the biggest hot spot for the development of solar cells.

In this paper, the effect of different perovskite solvent (DMF, DMSO, GBL, etc.) and solvent treatment (anti-solvent method) on the film formation and battery efficiency of perovskite layer was studied, and then the perovskite layer was optimized to improve the battery The purpose of conversion efficiency.

The perovskite solar cells prepared by the data analysis can be obtained by mixing the perovskite solvent mixed with DMSO and DMF. The PV performance parameters are the best, and the short circuit current density, open circuit voltage and filling factor are significant compared with others. To enhance, resulting in photoelectric conversion efficiency has been greatly improved, the maximum photoelectric conversion efficiency of 7.99%. This shows that perovskite solvent for perovskite film has a great impact, is a convenient way to enhance the performance of perovskite solar cells.

Key Words：perovskite solar cells;solvent;one step method;anti-solvent method;photoelectric conversion efficiency

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.1.1 钙钛矿太阳能结构简介 1

1.1.2 选题的意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 发展历史及国内外研究现状 2

1.2.2 常用的溶剂的制备方法 3

1.3 本文的工作内容 3

第2章 钙钛矿太阳能电池的结构和原理 5

2.1 钙钛矿太阳能电池的结构 5

2.2 钙钛矿太阳能电池的制备原理 6

第3章 钙钛矿层溶剂对钙钛矿太阳能电池的影响研究设计 8

3.1 不同钙钛矿层溶剂对钙钛矿层成膜的影响研究设计 8

3.1.1 设计方案 8

3.1.2 实验步骤 9

3.1.3 测试手段 9

3.2 反溶剂法对钙钛矿层成膜的影响研究设计 9

第4章 数据分析 11

4.1钙钛矿太阳能电池性能测试参数和表征方法 11

4.2不同钙钛矿层溶剂对钙钛矿层成膜影响的数据分析 12

4.3钙钛矿层溶剂处理对钙钛矿层成膜影响的数据分析 13

第五章 总结 17

5.1 工作总结 17

5.2 论文反思 17

参考文献 19

致谢 20

第1章 绪论

自从进入21世纪以来，随着全球经济的迅速发展，人类对于各种能源的需求越来越大。目前地球上传统的化石等不可再生能源已经出现了枯竭的迹象，所以研究、开发新能源刻不容缓，事关人类文明的持续发展。目前太阳能电池是最有发展前景的新能源之一。太阳能作为一种新型的可再生能源，是用来满足全球范围内总体上日益增长的能源需求的重要举措之一。

钙钛矿太阳能电池作为新型材料的太阳能电池，其光电转换率正在不断提高，目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达20%以上^[1]。钙钛矿太阳能电池具有高效的光电转换效率、低廉的制造成本，因此其将会是太阳能电池发展的热点之一。

1.1 研究目的及意义

1.1.1 钙钛矿太阳能结构简介

钙钛矿材料具有ABX₃晶型结构。它具有多种常见的物理性质，其中最著名的是具有超导电性，其他性质一般指的是绝缘性、反铁磁效应、铁电效应和巨磁/庞磁效应。作为一种新型的钙钛矿吸光材料，它所具有的最大优点就是它的吸光系数很大，吸光能力比传统的染料高10倍以上^[2]。因此作为一种新型的太阳能电池材料，它具有广阔的市场前景。近年来，越来越多的研究学者对其展开了深入的研究。

目前，在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是CH₃NH₃PbI₃，它的带隙约为1.5eV，消光系数比较高，对于波长800 nm以下的太阳光，几百纳米厚的薄膜就可以实现充分吸收。同时，因为钙钛矿材料有着很高的载流子迁移率，可调的光谱吸收范围，很长的扩散长度，自身可以传输电子和空穴，加上其结构的可控性使得它拥有极大的市场竞争力^[3]，因此本次毕业课题将其作为一种太阳能电池的新型研究材料，尝试发掘其在不同溶剂环境下的潜力。

1.1.2 选题的意义

溶剂制备法是常用的钙钛矿薄膜制备工艺技术，具有成本低、工艺简单、效率高等优点，主要分为一步法和两步法。两步法制备钙钛矿太阳能电池的过程中碘化铅薄膜的质量对电池性能有显著的影响，在钙钛矿层的制备过程中使用不同的溶剂，或通过溶剂处理等方法调控碘化铅薄膜的形貌，增加薄膜覆盖率及质量，以改善太阳能电池的性能。研究不同钙钛矿层溶剂（DMF、DMSO、GBL等）和溶剂处理（反溶剂法等）方法对钙钛矿层成膜及电池效率的影响，通过对钙钛矿层的优化提高电池效率。

因此，本次毕业设计希望能在众多学者研究成果的基础上，尝试研究钙钛矿层不同溶剂（或一定比例混合）及溶剂处理等方法对钙钛矿层成膜及电池效率的影响，以此优化钙钛矿层从而提高电池效率。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 发展历史及国内外研究现状

太阳能电池目前已经发展到了三代，第一代是以硅系结构为代表的太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅，以及非晶硅等等，第二代是薄膜化合物太阳能电池，以CdTe,CiGs等等为代表，虽然前两代太阳能电池技术已经发展比较成熟，但是还是存在很多问题，比如成本昂贵，极限效率低下，容易对环境造成污染等等，这些问题极大的制约了太阳能电池的发展。目前发展的第三代太阳能电池则属于新型太阳能电池，包括量子点太阳能电池、燃料敏化太阳能电池、以及钙钛矿型太阳能电池等等^[4]。