钙钛矿晶体尺寸优化及其器件性能研究

发布时间：2020-11-03 17:46

　　 钙钛矿太阳能电池(PSCs)在过去的几年中,已经吸引了广泛的关注。由于其效率的快速上升,目前它被认为最具有前景的下一代光伏技术。仅从效率方面,它已经满足了向前走向商业化的要求。平面型PSCs具有简单的工艺,低的成本等优势,一直以来被持续研究和看好。尽管其最高认证效率仍低于多孔型PSCs效率,但最近新认证了21.5%的功率转化效率(PCE),从效率方面已经表现出具有广泛的应用前景。然而,PSCs仍然受批次间质量偏差和不稳定性影响,尤其是当遭受高的空气湿度时候。在PSCs的当前阶段,实现PCE和长期稳定性的进一步改善是关键的问题。钙钛矿的薄膜形貌和晶体质量是影响电池效率和长期稳定性至关重要的因素。许多方法已经被开发出来,包括反溶剂,真空辅助的快速溶液处理,复合工程等,用于改善PSCs的PCE和长期稳定性。本文在两步旋涂方法的基础上,提出了一种能够改善钙钛矿晶体尺寸和薄膜形貌的新方法,即逐滴添加方法。基于此方法,用(FAPbI3)0.97(MAPbBr3)0.03作为钙钛矿材料沉积在仅用低温处理的SnO2层之上,制备的晶体尺寸可以达到3 μm,相应形成的薄膜具有较少的晶界和针孔数,较低的粗糙度,较高的结晶性等。而其薄膜的光电性能表现了较强的光吸收,较小的薄膜内部缺陷和载流子复合率,较长的载流子寿命,从而反映出其较高的光电质量。通过此方法产生的平面型器件,最好器件呈现了 19.73%的PCE,以及较小的迟滞特性,同时展现出较好的重复性和可靠性。基于上述新方法,我们又引入了DMSO添加剂,组合成相互协同影响的优化方式。在这个优化方式下,用同种钙钛矿材料成功制备出饱满扁平大尺寸晶体,最大的晶体尺寸实现了5μm。而其形成的薄膜在晶界数量,针孔数,粗糙度,以及结晶性方面都有进一步的改善,表现出超致密的,平滑的,无针孔的,大晶胞的薄膜,从而进一步优化了晶体尺寸和薄膜形貌。优化后的薄膜在光电性能方面表现出进一步的提高。此外,同样应用在平面型器件中,成功实现了20.63%的杰出PCE,以及表现出几乎可忽视的迟滞特性,并且也具有好的重复性和可靠性。最后,通过对优化后的器件进行光和湿度稳定性研究,一方面根据最大功率点追踪,得出它具有较好的光稳定性。另一方面,对未封装器件在40%的湿度环境中存放500小时后,发现保持了起始效率的93%,而在相同条件下的未优化器件,经过360小时后,仅保持了20%的起始效率,得出它也具有优秀的湿度稳定性。因此,这样优化的大晶体产生的高质量薄膜形成的平面型PSCs能够实现高PCE且高的耐湿性,这为后续PSCs的研究和商业化提供了新思路。
【学位单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM914.4;TB383.2
【部分图文】：

构为：ＦＴＯ导电玻璃／ｃ－ＴｉＣｂ／ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ／ＨＴＭ／Ａｕ。最下层是ＦＴＯ，其上连续紧接??着分别是ＥＴＬ?（ｃ－Ｔｉ０２），钙钛矿层（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ），空穴传输材料（ＨＴＭ），金电??极，结构如下图１．２?（ａ）所示。在钙钛矿发展初期，平面型器件的ＰＣＥ明显低??于介孔型器件，主要归因于初期的器件制备工艺不成熟和使用的传输层材料不够??理想。随着科研工作者们的不断努力地深入研宄，薄膜工艺得到了显著提高的同??时，传输层材料的使用得到了显著优化，如今的平面型器件可取得与介孔型相媲??美的ＰＣＥ。并且，相比于介孔型器件结构（如下图１．２?（ｂ）所示），平面型结构??少一层需要高温烧结而成的介孔层，简化了制备工艺，降低了成本，因此具有较??好的发展潜力。本文的工作也采用的是平面型器件结构。??（ａ）?ｙ?金幢、＾ｂ）??图１．２钙钛矿器件的结构示意图Ｕ）平面型（ｂ）介孔型??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｄｅｖｉｃｅ，?（ａ）?Ｐｌａｎａｒ?ｔｙｐｅ?（ｂ）?Ｍｅｓｏｐｏｒｏｕｓ?ｔｙｐｅ??对于上述的器件结构而言，都包括电极（阳极和阴极）、ＥＴＬ、钙钛矿吸收??层、ＨＴＬ组成。下面将分别对这几部分详细进行讨论。??１．３．１电极??钙钛矿器件的电极通常使用高透明的导电电极

Ｆｉｇｕｒｅ?１．３?Ｓｏｌｖｅｎｔ?ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ?ｆｏｒ?ｐｒｅｐａｒｉｎｇ?ｔｈｅ?ｕｎｉｆｏｒｍ?ａｎｄ?ｄｅｎｓｅ?ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ?ｆｉｌｍ．??１．４．３双源共蒸法??在２０１３年，双源共蒸技术由组Ｓｎａｉｔｈ组首次报道如下图１．４所示，通??过在高真空（ｌ（＾ｍｂａｒ）的腔体内同时蒸发ＭＡＩ和ＰｂＣｂ两种材料至ＴｉＣｂ基底??上，小心控制两种蒸发材料的质量比、温度、蒸发时间等，获得了致密的??ＭＡＰｂｂ－ｘＣｌｘ＊活性层，形成的器件实现了超过１５％的ＰＣＥ。但这种技术由于仪??器的差别和实验条件复杂，使实验操作难度提高。为了降低实验复杂性，后续不??断有人做出改进，通过只热蒸发沉积ＰｂＣｂ薄膜，再将这个薄膜浸泡在ＭＡ丨的??溶液里反应短暂时间，最后退火转化成较好质量的钙钛矿多晶薄膜，器件ＰＣＥ??达到１５．丨２％【４２】。后来也被证明此方法也适用于柔性钙钛矿器件，实现了良好的??机械性能。最近，报道了在热蒸发基础上巨大进步的双层热蒸发和多碘化物结合??的技术Ｉ４３］。首先

离子滴数是５滴时，能够产生较好质量的钙钛矿薄膜。为了清楚地对比出５滴引??发的薄膜质量，我们选用了不加修饰的两步旋涂方法（即１滴）引发的薄膜作为??对比，并细节地分析两种钙钛矿薄膜形貌、光电质量和形成的器件性能。图２．３??（ａ）和（ｃ）显示了不加修饰的两步旋涂方法引发的薄膜形貌和通过逐滴添加方??法修饰的两步旋涂方法在使用５滴时产生的薄膜形貌，同时（ｂ）和（ｄ）图对应??统计了这两种薄膜中的晶体尺寸分布情况。从图（ａ）中可以观察到，基于原始??的两步旋涂法产生的薄膜表面粗糙不平，而且晶体的大小参差不齐。值得注意的??是，图（ａ）中的薄膜表面能够清楚地观察到许多针孔（ｐｉｎｈｏｌｅ）的存在。而对??于图（ｃ），仅能够观察到微不足道的小针孔，表明逐滴添加方法的使用减少了薄??膜表面的针孔，提高了薄膜的结晶质量。此外，图（ｃ）的薄膜粗糙度相对于图??２０??
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;元器件性能直指10Gb/s高速传输[J];电子设计应用;2005年09期

2 刘鉴伟;;硅双栅MOSFET-LF142的研制[J];微处理机;1987年03期

3 潘桂忠;;Z-80 CPU的研制[J];微电子学与计算机;1988年04期

4 潘桂忠;曾戈虹;陈康民;黄敞;;16位微机Z-8000 CPU电路研制[J];微电子学与计算机;1988年08期

5 张安康;热载流子注入对器件性能影响及其改善措施[J];电子器件;1988年04期

6 吴治奎;;后工序中受热过程对器件性能的影响[J];红外与激光技术;1989年01期

7 ;各种显示器件性能比较[J];国外发光与电光;1974年04期

8 刘显战，张书刚，张巧云，钟青;提高敏感器件性能的措施[J];压电与声光;1994年03期

9 田志;谢欣云;;应力技术改善CMOS器件性能研究进展[J];中国集成电路;2012年05期

10 郑宏;程晓曼;闫齐齐;田海军;赵赓;印寿根;;C_(60)场效应晶体管的制备及修饰层对器件性能影响的研究[J];光电子.激光;2011年10期

相关博士学位论文 前10条

1 江龙峰;有机场效应晶体管的构筑对其性能的影响研究[D];电子科技大学;2019年

2 张松;几种有机功能材料的合成及器件性能研究[D];南京大学;2015年

3 钮智刚;几种新型铱配合物设计、合成及光电性能研究[D];南京大学;2019年

4 闫宇;倒置聚合物太阳能电池的界面调控与器件性能研究[D];武汉理工大学;2018年

5 李杰;空穴的注入与传输对有机光电子器件性能的影响[D];电子科技大学;2018年

6 曲大龙;热退火对有机光电器件性能影响的研究[D];吉林大学;2018年

7 袁剑峰;酞菁铜有机场效应晶体管器件性能的研究[D];中国科学院研究生院（长春光学精密机械与物理研究所）;2005年

8 夏虹;有机电致磷光器件中的主—客体材料匹配及对器件性能的影响[D];吉林大学;2006年

9 李立胜;卟啉小分子体异质结太阳能电池和光电探测器的活性层形貌调控及器件性能研究[D];华南理工大学;2015年

10 李青;电子的注入与传输对有机光电子器件性能的影响[D];电子科技大学;2013年

相关硕士学位论文 前10条

1 吴冉运;钙钛矿晶体尺寸优化及其器件性能研究[D];安徽大学;2019年

2 魏启兵;稠杂环小分子和异靛蓝基聚合物的设计合成及其器件性能研究[D];上海师范大学;2019年

3 常春梅;窄带隙聚合物给体材料光伏性能研究以及混合添加剂对器件性能的影响[D];苏州大学;2018年

4 王浩;有机光伏给受体材料理化性质对器件性能的影响[D];南京邮电大学;2018年

5 刘缓;平面异质结钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究[D];南京邮电大学;2018年

6 叶康利;电极处理及修饰对OLED器件性能的影响[D];合肥工业大学;2018年

7 吴震轩;柔性OLED金属电极与器件性能关系的研究[D];南京邮电大学;2018年

8 黄丹;螺[芴-9,9′-氧杂蒽]基电致发光材料的合成及其器件性能[D];沈阳化工大学;2018年

9 尚启;新型有机光电材料的合成及器件性能研究[D];福州大学;2017年

10 朱方云;自聚集诱导发光材料掺杂对有机双功能器件性能的影响[D];电子科技大学;2018年

本文编号：2868896