高效稳定钙钛矿太阳能电池的吸光层制备及界面调控

发布时间：2022-02-11 19:01

　　钙钛矿电池具有高效率、低成本、易制备等优点,是一种非常有发展前景的新型太阳能电池。然而存在的电流电压滞后效应及器件长效稳定性等问题严重制约了其大规模的应用与发展。如何在保证高效率的基础上,抑制滞后效应的发生,并提高器件的稳定性是目前需要攻破的主要问题。本论文旨在制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池。首先着眼于制备具有高光吸收和结晶性的钙钛矿吸光层,并引入添加物继续优化吸光层形貌和结晶性,然后通过元素掺杂调控电子传输层与钙钛矿吸光层的能级匹配,提高载流子分离传输效率,以抑制滞后效应,最后在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间沉积疏水界面层,以提高器件的环境稳定性。具体研究内容如下:（1）在两步法制备钙钛矿吸光层的过程中,将氯苯作为反溶剂诱导致密碘化铅转化为多孔结构,结合吸收谱和x射线衍射谱研究了不同形貌碘化铅对钙钛矿晶相转化的影响。通过氯苯反溶剂处理制备了具有均匀致密无孔洞的钙钛矿薄膜,并提高了钙钛矿吸光层的光吸收和结晶性。这主要是由于氯苯反溶剂处理可在致密碘化铅薄膜使表面和内部产生大量的孔洞,为卤化甲胺溶液的渗入提供了空间和通道,使其与底层碘化铅充分接触并反应,提高了碘化铅到钙钛矿的晶相转化效率。组... 

【文章来源】：北京科技大学北京市211工程院校教育部直属院校

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

不同种类钙钦矿材料的能级分布

图２．２半导体材料禁带宽度和极限光电转换效率关系图??此外，Ａ、Ｂ、Ｘ位的元素所占比例的不同，会对钙钛矿材料能级分布产生极??大的影响，如图２．３所示。对于Ａ位，通常原子半径越小，带隙越大，原子半径??越大，带隙越小＿。例如，ＣｓＰｂＩ３的带隙为１．７３ｅＶ，?ＭＡＰｂＩ３的带隙为１．５５ｅＶ，??ＦＡＰｂＩ３的带隙为１．４８?ｅＶ。对于Ｘ位，通常Ｂｒ基掺杂会引起带隙增加，例如，ＭＡＰｂＩ３??钙钛矿的带隙为１．５５ｅＶ，ＭＡＰｂＢｒ３的带隙为２．２ｅＶ。因此，通过对Ａ、Ｂ、Ｘ位??元素的协同调控，可实现钙钛矿带隙的连续调控。??－３．０?—?Ａ?＾?Ｘ?１．５??？３．５－?篇?羽?．．．．５４）??．?，?－Ｗｒ?Ｓ６９?濟??利二?＇?Ｍ勒?－ｒ，?？?羽??－５．０－?．５４２?鱗?－５．２??＾?，３?鉍如纪?Ｍ?“?＾?Ｈ?岛气尨：、５??—６．０－?

?０．０５７?ｍｏｌ／ｌ．?０．０６３?ｍｏｌ／Ｌ??图２．６两步法不同条件制备的钙钛矿薄膜形貌．（ａ）不同浓度的甲胺碘溶液，（ｂ）热退火，??（ｃ）溶剂退火。??３．气相法??气相法（ｖａｐｏｒ?ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ?ｍｅｔｈｏｄ）主要米用蒸发纟丐钛矿材料的一种或多种来??制备钙钛矿薄膜。由于气相比液相接触更加均匀紧密，故产生的薄膜质量也更高。??ＭＡＰｂＩ３的高温分解温度在３５０°Ｃ，若蒸发源为ＭＡＰｂＩ３，蒸发过程中会发生分解，??因此需采用双源进行蒸发沉积。Ｓｎａｉｔｈ教授首采用？１）（：１２和＾＾１双源沉积法，制??备了均匀致密的的钙钛矿薄膜，如图２．７?（ａ）所示，获得了?１５．４％的光电转换效率??ｍ。但此方法难以控制，Ｃｕｉ教授采用连续气相沉积法（如图２．７?（ｂ）），先沉积一??层Ｐｂｌ２，在沉积一层ＭＡＬ连续进行，制备高质量钙钛矿薄膜ｌ２６１。Ｙａｎｇｙａｎｇ教授??首先液相法沉积一层Ｐｂｌ２薄膜，然后采用ＭＡ丨气体与其反应生成钙钛矿，由于??ＭＡＩ所需蒸发温度较低


本文编号：3620794