钙钛矿活性层的结晶及形貌调节以优化钙钛矿太阳能电池的光伏表现

发布时间：2020-04-09 03:15

【摘要】：对于钙钛矿太阳能电池,其活性层的结晶性状及形貌特征直接关系到电池器件的光伏表现。因而实现对钙钛矿(CH_3NH_3PbI_3)薄膜的结晶性控制一直是研究的主要方向之一,大量的相关科研工作已经被报道,包括前驱体溶剂的选择,反溶剂的应用以及溶剂退火工艺等。本文在两步法制备CH_3NH_3PbI_3薄膜时,通过预处理PbI_2薄膜层,实现了CH_3NH_3PbI_3的结晶性调控,从而改善了CH_3NH_3PbI_3薄膜的质量。本文用XRD、SEM、UV-vis光谱、PL光谱、I-V测试以及外量子效率测试等表征技术对CH_3NH_3PbI_3薄膜及所制备的钙钛矿电池器件的性能进行了分析,并测试了其瞬态行为。主要工作内容如下:(1)采用NH_4I作为添加剂制备PbI_2薄膜,由于NH_4I与PbI_2反应形成了NH_4PbI_3的中间相,经过90℃的热退火过程,可逆转变为PbI_2,研究表明NH_4I具有钝化PbI_2结晶的作用。其中,添加NH_4I的最佳摩尔比率PbI_2/NH_4I为6:1。通过调节PbI_2结晶,我们获得了平整致密无针孔的PbI_2薄膜。由摩尔比率为6:1的PbI_2/NH_4I溶液制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜相比于未添加NH_4I的对照组CH_3NH_3PbI_3薄膜,显示了更长的载流子寿命,表明了其更低的缺陷态浓度。由此,质量得到改善的CH_3NH_3PbI_3薄膜应用于钙钛矿太阳能电池时,加强了电池器件的V_(OC)及FF,同时还大大提高了电池器件的重复性。(2)发现一种新的方法可以用来实现钙钛矿的取向性生长。具体步骤为,在两步法制备CH_3NH_3PbI_3薄膜时,通过在PbI_2薄膜上预沉积一层tetraphenylphosphonium chloride(TPPCl),能实现钙钛矿的取向生长。由TPPCl处理的CH_3NH_3PbI_3薄膜显示了更大的晶粒尺寸以及规则多边化的晶粒结构,同时CH_3NH_3PbI_3薄膜晶粒经证实优先于(110)及(220)晶面上生长。通过TPPCl预处理的钙钛矿电池器件相比于未处理的对照组,其开路电压(V_(OC))从1.04 V提高至1.12 V。不仅如此,由TPPCl预处理的钙钛矿电池器件获得了最大光电转化效率超过18%。此外,我们还发现由TPPCl预处理的钙钛矿电池器件有利于抑制载流子的复合过程,加强提取效率。因此,实验结果表明我们的工作为加强CH_3NH_3PbI_3的结晶取向以及提高器件V_(OC)提供了新的策略。
【图文】：

华南理工大学硕士学位论文然而进一步提高 OPV 的效率倚仗于新材料的研发以及新型器件结构限于有机材料低的载流子迁移率以及短的载流子扩散距离，在提高有活性层的薄膜厚度时，电池器件效率会明显下降，这一难题也妨碍用。而作为最新的光伏技术，PSCs 不仅其效率纪录媲美硅电池，发具 OPV 制备时耗能少、易加工、制备工艺简单的特点，因此被认为低成本发电的光伏技术之一。

结构与性质构地质学 Perovskite 命名的，通常是指化，其晶体结构如图 1-2 所示。在这一晶体式：2(RR)RRtBXAX++=为 A、B、X 的离子半径，t 为容限因子子 t 共同来描述钙钛矿结构的稳定性。定的钙钛矿结构；而当 t > 1.1 时，晶体矿型结构存在[8, 9]。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

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本文编号：2620211