论文部分内容阅读
近年来,有机-无机杂化钙钛矿材料（ABX3,A=Cs,CH3NH3,NH=CHNH3;B=Pb,Sn;X=Cl,Br,I）被应用于钙钛矿太阳能电池（Perovskite solar cells,PSCs）,其认证效率可达22.1%。钙钛矿薄膜为钙钛矿太阳能电池中的吸光材料,可以通过溶液法制备,且在100℃退火即可形成结晶性优异的光吸收层。随着其稳定性得到逐步提高,钙钛矿太阳能电池有很大可能使其在太阳能电池市场上占有一席之地。相对于金属电极钙钛矿太阳能电池而言,碳对电极钙钛矿太阳能电池（Carbon-based PSCs）稳定性突出,成本低廉,更有可能成为可商业化的太阳能电池。但是碳对电极钙钛矿太阳能电池的效率较低,难以与金属电极钙钛矿太阳能电池相比。因此,提高碳对电极钙钛矿太阳能电池的效率更有利于推进钙钛矿太阳能电池的产业化应用。钙钛矿薄膜形貌的不同会对电池性能产生影响。因此,通过调控钙钛矿薄膜的形貌,可以有效提高碳对电极钙钛矿太阳能电池的性能。与金属电极钙钛矿太阳能电池不同,平整致密的钙钛矿薄膜对碳对电极钙钛矿太阳能电池来说并非是不可或缺的。多孔的钙钛矿薄膜能有效提高光散射,增强光吸收;而且,它还可以增大与碳对电极的接触面积,从而实现界面间电荷的快速传输,使电池具有较高的性能。在本文中,碳对电极直接通过丝网印刷方式制备在钙钛矿薄膜上,简化了器件的制备工艺。而且,丝网印刷工艺能够显著提高碳对电极的均匀性以及较容易地调控碳对电极的厚度,这种方式有利于制备大面积碳对电极钙钛矿太阳能电池。通过一步旋涂法制备出粗糙多孔的钙钛矿（CH3NH3PbI3）薄膜（SD film）,与此同时,我们分别用乙醚、正己烷为反溶剂对该薄膜进行修饰,从而分别制备出平整致密的钙钛矿薄膜（DE film）和表面粗糙且布满半开孔结构的钙钛矿薄膜（NH film）。采用SD film和NH film制备的电池的光电流密度较高,光电转换效率分别为11.50%和13.16%;而采用DE film制备的碳对电极钙钛矿太阳能电池的效率较低,仅为10.50%。采用两步连续溶液法制备了CsPbBr3钙钛矿薄膜,通过增加PbBr2薄膜在CsBr甲醇溶液中的反应时间来增加钙钛矿薄膜的厚度并改善薄膜的结晶性,从而使制备的电池效率得到提高。当反应时间从30 min增加至90 min时,电池的效率从1.43%上升至2.84%,这得益于光电流密度得到有效提高。该器件具有优异的光、热稳定性。在稳态输出最大功率点条件下,一个太阳光持续照射60 min后,其效率维持在初始效率的87%以上。在100 ℃条件下持续加热476 h,电池的效率仍保持在初始效率以上。通过溶解-沉淀法,实现了基于透明导电玻璃/致密TiO2（c-TiO2）/介孔TiO2（m-TiO2）/钙钛矿层/碳对电极结构的废旧碳对电极太阳能电池中铅的回收。利用N’N’二甲基甲酰胺（DMF）来将电池中降解的CH3NH3PbI3薄膜浸出,得到含铅浸出液,然后利用氨水（NH3·H2O）将浸出液中的铅离子沉淀下来形成Pb（OH）2,绝大部分的铅以沉淀的形式从浸出液中分离出来。之后,利用HI溶液与Pb（OH）2沉淀反应生成PbI2,并利用PbI2重新制备碳对电极钙钛矿太阳能电池。结果表明,铅的回收率为95.7%。由回收得到的PbI2制备的电池的光电转换效率为11.36%,与商业PbI2制备的电池的效率（12.17%）具有一定的可比性。因此,这种方法为废旧碳对电极钙钛矿太阳能电池的资源化利用与环境保护开辟了一条新的途径。