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湿度环境下钙钛矿太阳能电池薄膜微结构演化的同步辐射原位实时研究

发布时间:2018-05-14 08:19

  本文选题:钙钛矿太阳能电池 + 湿度稳定性 ; 参考:《物理学报》2017年01期


【摘要】:环境湿度对有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池稳定性有着相当重要的影响,在湿度环境下原位实时观测钙钛矿薄膜微结构的演化有助于揭示湿度导致的器件性能衰减的微观机理.本文基于上海光源X射线衍射线站,建立了一套湿度可调可控的原位X射线衍射实验装置用以实时观测湿度环境下钙钛矿薄膜的微结构演化.在相对湿度为60%±2%的环境中,采用原位同步辐射掠入射X射线衍射发现在钙钛矿薄膜暴露在湿度环境的最初阶段,其(110)衍射峰附近逐渐出现了中间相结构,应该是来源于部分钙钛矿晶体结构的逐渐分解所形成的钙钛矿多相结构;同时,紫外可见吸收光谱实验表明,经环境湿度处理后的薄膜吸收有所降低,尤其是在约770 nm处吸收台阶发生蓝移,在一定程度上反映出钙钛矿晶体结构的减少或结晶性变弱;扫描电子显微镜结果进一步显示,湿度实验后薄膜形貌的均匀性明显变差,覆盖率降低、孔洞变大及晶界变明显;采用环境湿度实验前后的钙钛矿薄膜上制备的太阳能电池J-V性能测试结果显示,器件的填充因子和光电转换效率均由于环境湿度处理降低了30%以上.因此,同步辐射原位实验观测清晰地揭示了器件性能与钙钛矿薄膜形貌以及微结构演化的密切关联,为理解有机-无机杂化的钙钛矿薄膜的降解微观机理提供了实验依据和指导.
[Abstract]:Environmental humidity has an important effect on the stability of organic-inorganic hybrid perovskite thin film solar cells. In situ observation of the microstructure evolution of perovskite thin films in a humidity environment is helpful to reveal the mechanism of the performance decay induced by humidity. Based on the X-ray diffraction line station of Shanghai light source, a set of in-situ X-ray diffraction experimental apparatus with controllable humidity is established to observe the microstructure evolution of perovskite films in real time. In the environment with relative humidity of 60% 卤2%, the mesophase structure appeared gradually near the diffraction peak of perovskite film at the initial stage of exposure to humidity environment by in situ synchrotron radiation grazing incident X-ray diffraction. At the same time, UV-Vis absorption spectra show that the absorption of perovskite films decreased after humidity treatment. Especially the blue shift of absorption step at about 770 nm reflects to some extent the decrease of perovskite crystal structure or the weakening of crystallinity. The results of J-V performance test of solar cells prepared on perovskite thin films before and after environmental humidity experiment show that, The filling factor and photoelectric conversion efficiency of the device are reduced by more than 30% due to environmental humidity treatment. Therefore, synchrotron radiation in-situ measurements clearly reveal the close relationship between the device performance and the morphology and microstructure evolution of perovskite films. It provides experimental basis and guidance for understanding the degradation mechanism of organic-inorganic hybrid perovskite films.
【作者单位】: 中国科学院上海应用物理研究所;苏州大学软物质与纳米材料学院;
【基金】:国家自然科学基金(批准号:11175239,11605278,11675252,U1332116) 中国科学院项目(批准号:XDA02040200) 上海市科委项目(批准号:14DZ2261200)资助的课题~~
【分类号】:TM914.4

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本文编号:1887088

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