杂环化合物对钙钛矿薄膜生长调控及缺陷钝化研究

发布时间：2020-09-29 23:18

　　 钙钛矿太阳能电池从发现至今短短几年时间内,其光电转换效率已突破23%,可与已经商业化的多晶硅太阳能电池匹敌。钙钛矿薄膜的质量是决定钙钛矿太阳能电池性能最为关键的因素,传统的一步溶液法因其对钙钛矿薄膜结晶生长的不可控性,导致制备出的钙钛矿薄膜体内和表面存在大量缺陷,这限制了钙钛矿太阳能电池性能的提升。本论文通过采用噻唑作为添加剂加入到钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3)前驱体溶液中,噻唑分子中S和N上的孤对电子能和Pb发生络合反应,有效调控钙钛矿结晶生长的微观环境,减少缺陷产生;在钙钛矿薄膜退火时引入蒸汽辅助退火法,能诱导钙钛矿薄膜表面重结晶,有效地改善薄膜的表面形貌和减少薄膜表面缺陷态密度。采用本论文方法制备的钙钛矿太阳能电池的填充因子(FF)高达0.82,光电转化效率(PCE)达17.98%,比未添加噻唑的钙钛矿太阳能电池效率高25%。制备的电池的稳定性也有所提升,将未封装的太阳能电池暴露于相对湿度为50-60%,光照强度为100 mW/cm~2环境下60 min,性能保留率超过70%。溶剂工程是提升钙钛矿薄膜质量的有效方法之一,但用反溶剂清洗过的钙钛矿薄膜表面会留下大量的缺陷,限制电池的效率进一步提升。本论文选用吡啶(Pyridine)作为添加剂加入到反溶剂氯苯(CB)中,在滴加反溶剂清洗CH_3NH_3PbI_3薄膜时,引入的吡啶分子中N原子上的孤对电子将与薄膜表面未配对的金属离子发生络合反应,钝化薄膜表面悬挂键,减少载流子的复合,提高钙钛矿太阳能电池的性能。本论文制备了不同体积比的V(Pyridine)/V(CB)混合反溶剂,测试结果显示当吡啶和氯苯的体积比为1:50时制备的钙钛矿太阳能电池性能最佳,电池内部载流子复合减少,光电转换效率为16.4%。相比于未添加吡啶的器件效率增长8.5%。通过本论文工作,我们发现噻唑和吡啶能有效调控钙钛矿薄膜结晶生长,钝化晶体缺陷提升钙钛矿薄膜质量,进而提升钙钛矿太阳能电池的性能。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TB383.2;TM914.4
【部分图文】：

美国国家可再生能源实验室公布的太阳能电池最佳效率图表

钙钛矿晶体结构图

常见的钙钛矿材料的容忍因子值

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 曹久朋;刘德鹤;覃耀慰;刘建强;;钙钛矿太阳能电池的研究进展[J];齐鲁工业大学学报(自然科学版);2015年01期

本文编号：2830404