野外光伏发电用纳米线性能优化

• 作 者: 伍胜兰
• 出 处: 重庆科技学院
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 光伏 R-P钙钛矿 纳米线 阵列

石油作为当今世界上举足轻重的战略物资,被称之为现代工业的“血液”,具有不可替代的地位,关系着国家安全、国民经济命脉。随着社会经济的高速发展,各行各业对石油能源的需求呈现增长趋势,但其勘探、开采作业通常在电网无法覆盖的地方,从而导致其供电困难。为降低作业成本,提高作业效率,太阳能电池在石油作业中的应用愈来愈广泛。Ruddlesden-Popper（R-P）层状钙钛矿材料作为最有前景的太阳能电池材料之一,具有光电转换效率高、稳定性较好、制备工艺简单及成本低等优势。一维纳米结构可有效提高光吸收,并为光生载流子提供直接输运途径。基于此,设想将R-P钙钛矿与一维纳米线相结合,构建出一种新型太阳能电池结构:以传输层材料为芯,以R-P钙钛矿材料为壳的壳芯结构纳米线阵列。本文选择二氧化钛电子传输层作为芯层材料,分别制备了R-P钙钛矿纳米线、二氧化钛纳米线阵列、壳芯结构纳米线阵列,并通过改变制备工艺、组成以调控其性能。主要结论如下:（1）采用溶液法制备R-P钙钛矿纳米线,研究了组成（n值、X位掺杂）对样品的晶体结构、表面形貌、光电性能的影响。结果表明:随着n值（n=1⁴）增大,R-P钙钛矿纳米线的吸光度降低,带隙增大;结合稳定性及导电性综合考虑,确定最佳值n=2。在此基础上在X位掺杂Cl、Br,结果表明:Cl、Br掺杂使吸光度降低,带隙增大,所以X=I时最佳。因此,R-P钙钛矿纳米线中（CH₃（CH₂）₃NH₃）₂（CH₃NH₃）Pb₂I₇的光伏性能最佳（开路电压为0.830 V,短路电流为59.383 mA,填充因子为32.59%,光电转换效率为16.066%）。（2）采用水热法制备了二氧化钛纳米线阵列,研究了不同工艺参数（反应时间、钛酸丁酯量、退火气氛）对样品晶体结构、表面形貌、透过率、漏电流的影响。结果表明:在优化出的工艺参数（反应时间为6 h,钛酸丁酯量为270μL,退火气氛为O₂）下,制备的二氧化钛纳米线阵列无明显的团聚现象,在可见光范围有较高的透过率、较低的电阻,最适用于太阳能电池的电子传输层。（3）在以上研究的基础上,采用浸泡法及旋涂法在二氧化钛纳米线上制备R-P钙钛矿壳层,构筑了以二氧化钛为芯、R-P钙钛矿为壳的壳芯结构纳米线阵列,并进一步研究了组成和制备工艺对该壳芯结构纳米线阵列性能的影响。结果表明:当浸泡时间为1 h时,芯层纳米线阵列完全被壳层包覆,并且纳米线无明显团聚现象。在此基础上,研究了R-P钙钛矿材料的组成（n值、X位掺杂）对样品晶体结构、表面形貌、光电性能的影响。结果表明:当n=2,X=I时,壳芯结构纳米线阵列吸光度较大,光伏性能最佳（开路电压为0.755 V,短路电流为75.709 mA,填充因子为18.37%,光电转换效率为10.498%）。