应用添加剂工程制备高性能钙钛矿太阳能电池的研究

发布时间：2020-08-13 14:36

【摘要】：由于生态环境的恶化以及现有能源的缺乏等问题的涌现,太阳能作为未来人类的重要能源被给予了高度的期待。具有制备方法简单,可调带隙,高载流子迁移率,大吸收系数等优点的钙钛矿太阳能电池(PSCs)被认为是非常有前景的光伏器件。与目前占据市场的硅基太阳能电池相比,PSCs的光电转换效率(PCE)也相差无几(单晶硅太阳能电池的效率约为25%)。PSCs的发展非常迅速,2019年PSCs的光电转换效率已创新纪录至24.2%!为了促进PSCs的进一步发展,许多内容还需深入研究。钙钛矿吸光层的质量对PSCs性能的影响尤为重要,不仅是因其形貌特征,还有其结晶性,缺陷密度,晶界数量等。本文通过添加剂工程的方法,优化实验条件,制备高质量钙钛矿以及空穴传输层薄膜,优化其界面接触,提高PSCs的光电转化效率。主要的研究内容及结果如下:(1)通过溶剂处理方法对钙钛矿吸光层进行表面改性,酞菁镍(NiPc)作为添加剂溶入反溶剂氯苯(CB)中,形成混合物。在钙钛矿结晶完成之前,将混合物渗入钙钛矿表面以改善钙钛矿层与空穴传输层(HTL)的界面接触。该方法提高了钙钛矿薄膜的质量,增强了电荷转移效率,并有效地抑制了载流子的复合。获得最佳的PSCs的光电转换效率高达19.18%,填充因子(FF)为74.38%。(2)界面的非辐射复合损失是PSCs所面临的主要挑战之一,其严重影响了器件的光电性能,稳定性和再现性。将四丁基溴化铵(TBAB)作为添加剂掺入到钙钛矿前驱液中制备高质量钙钛矿薄膜。TBAB能够钝化钙钛矿表面,改善钙钛矿薄膜的覆盖率,减少了薄膜的针孔数量,并降低了界面陷阱态密度,非辐射复合得以降低。组装的最优器件的PCE为20.16%,开路电压(V_(oc))为1.119V,比原始器件的PCE高2.6%。(3)在空穴传输层前驱液(spiro-OMeTAD)中添加适量的双四丁基铵重铬酸盐(TBADC),制备高质量无针孔空穴传输层。TBADC能够氧化spiro-OMeTAD并且改善了HTL薄膜的质量,提高了载流子的提取率,降低了HTL/perovskite界面的非辐射复合,进而提高了PSCs的光伏性能。组装的PSCs的光电转换效率为19.3%,V_(oc)为1.126V。
【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：2792131