利用添加剂及溶剂协同作用提高平面钙钛矿太阳能电池的性能

发布时间：2020-04-28 11:52

【摘要】：钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池的杰出代表,由于其晶体材料具有直接带隙、高效率的吸收、高载流子迁移率、低成本制备等众多优点,引起了相关科研人员的广泛兴趣。这种太阳能电池有望在未来取代硅基太阳能电池,但是要真正的进行商业化生产,还有关键性问题需要解决:钙钛矿材料对大气环境的敏感性;高转换效率的大面积器件等。针对这些问题,科研工作者们通过提升钙钛矿层的质量、尝试新型的电荷传输材料和修饰器件界面等来提升太阳能电池的光伏性能和稳定性。本论文通过不同的添加剂和溶剂退火制备出高质量的钙钛矿层,提升器件性能。本论文主要探究内容如下:1.在PbI_2前驱液中掺杂小分子氨基锂(LiNH_2),可以改变PbI_2薄膜的晶体结构和择优取向,提高PbI_2向CH_3NH_3PbI_3的转化率,制备出高质量的CH_3NH_3PbI_3薄膜。同时,LiNH_2还可以钝化缺陷,优化费米能级,改善光伏滞后效应。与无添加剂的器件相比,掺杂浓度为2 wt%的钙钛矿太阳能电池的Voc从0.96 V提升至1.00 V,Jsc从18.47 mA/cm~2增加至20.24 mA/cm~2,FF从53.3%提高到62.0%,器件的PCE由9.4%提升至12.6%。2.将1 wt%浓度的小分子2-氯乙胺盐酸盐(2-CH)利用溶液法,掺杂在PbI_2薄膜和CH_3NH_3PbI_3薄膜中,进一步在DMSO气氛中退火处理,制备出了最优的器件。其光伏性能为PCE=14.5%,Voc=0.92 V,Jsc=21.10 mA/cm~2,FF=74.8%。2-CH掺杂和溶剂退火制备出高空隙率的PbI_2薄膜和高质量的CH_3NH_3PbI_3薄膜。对比小分子二甲胺盐酸盐(DH)添加剂,结果表明2-CH更明显的促进PbI_2薄膜(001)晶面的面外择优取向性,有利于优化CH_3NH_3PbI_3薄膜的性能,提升器件的光伏性能。3.引入有机小分子1,6-己二胺二盐酸盐(1,6-DD),制备出低结晶度、高面外择优取向性的PbI_2薄膜。同时利用DMSO气氛退火处理,获得大晶粒尺寸、低缺陷密度、高结晶性的CH_3NH_3PbI_3薄膜。优化掺杂浓度为2 wt%时,获得最优的器件性能PCE=15.7%,Voc=0.96 V,Jsc=21.94 mA/cm~2,FF=74.4%。相对于无添加剂和空气环境中退火的器件(PCE=10.6%),光伏性能提高了大约48.5%。对比掺杂1,4-丁二胺二盐酸盐(1,4-DD),结果表明1,6-DD与PbI_2形成络合物,促进PbI_2转化且有利于CH_3NH_3PbI_3薄膜的(110)晶面形成,有效地提升器件的电流密度Jsc,进而提升器件的效率。
【图文】：

2图 1-1 不同类型太阳能电池的效率走势图[21]Fig. 1-1 Record efficiencies of various solar cells[21]

2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Au和ITO/PEDOT:PSS/ Perovskite/PCBM/Al这两类典型的太阳能电池的工作原理。两种器件的能级结构如图1-3所示。
【学位授予单位】：天津理工大学
【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：2643431