钙钛矿太阳能电池功能层的制备与优化

发布时间：2020-05-01 22:53

【摘要】：钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其优异的性能和迅猛的发展速度,被认为是光伏技术领域最重要和最具有潜力的发展之一。PSCs优异的性能得益于其良好的载流子寿命和扩散长度。进一步优化钙钛矿光伏器件内的载流子转移和传输可以有效地提高PSCs器件的性能。本文主要围绕提高钙钛矿器件的载流子提取和传输、抑制载流子复合展开研究,通过制备电子迁移率更好的SnO_2薄膜、掺杂Spiro-OMeTAD提高其导电性和对钙钛矿薄膜的掺杂改性来提高器件性能,主要的研究内容和结果如下:(1)相较于TiO_2,SnO_2具有更高的电子迁移率、更合适的能级结构和可低温制备等优点,是一种更优异的电子传输材料(ETM)。我们通过加入适当的盐酸调控SnCl_2在水溶液中的水解过程,在室温下搅拌回流,低温制备了均匀的SnO_2纳米晶水溶液,继而通过旋涂的方式在FTO表面制备SnO_2电子传输层(ETL)。通过优化旋涂次数,我们可以提高得到的SnO_2 ETL的薄膜质量,使其具有更好的覆盖度、平整度和载流子提取效率,从而加快电子的注入运输过程,减小界面处的电子空穴复合,从而提高基于此制备的器件的光伏性能。最终,我们在最优制备条件下得到了19.3%的光电转换效率。(2)我们将乙酰丙酮锌作为添加剂引入钙钛矿前驱液中,Zn的引入可以有效地减小钙钛矿晶体内的缺陷态密度,乙酰丙酮根与PbI_2的配位作用可以有效地影响钙钛矿的结晶过程,从而得到由均匀致密的钙钛矿晶粒组成的钙钛矿薄膜,并使得前驱液中过量的PbI_2倾向于分布于晶界中从而达到钝化晶界的作用。从XRD、PL、TRPL等表征中我们可以看出,添加后的薄膜具有更好的结晶性和更小的缺陷态密度,这有利于提高钙钛矿薄膜内的载流子的传输,减少载流子复合。得益于Zn离子和乙酰丙酮根配位的双重作用,器件性能有了明显改善,相比于未添加的器件,添加后的器件短路电流密度和填充因子都有明显提高,电池性能由17.9%提高到了19.7%。(3)我们向Spiro溶液中引入三(2-氰乙基)硼酸酯作为添加剂促进Spiro的氧化,并通过UV-vis、CV、NMR、空穴迁移率等测试,探讨了其影响机理,结果表明硼酸酯的加入可以有效地促进Spiro的氧化,器件性能的改善主要得益于添加后Spiro薄膜具有更高的空穴迁移率,而非能级结构的改变。PL、TRPL测试表明,Spiro更高的导电性改善了钙钛矿与Spiro界面的空穴提取过程,抑制了界面处的载流子复合,电池器件性能由17.7%提高到19.5%。
【图文】：

各类太阳能电池不同发展阶段的认证效率图

钙钛矿型材料的晶体结构
【学位授予单位】：华侨大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2647153