尿素对有机-无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池的影响

发布时间：2020-05-25 23:19

【摘要】：近年来钙钛矿太阳能电池以其优异的光电性能得到了人们的广泛关注,被认为是一种极具应用前景的新型太阳能电池。在钙钛矿太阳能电池中,钙钛矿作为活性吸光层在整个器件中起到至关重要的作用。钙钛矿层的好坏直接决定了器件对于入射光的吸收以及载流子的传输能力。一个覆盖度高,晶粒尺寸大的钙钛矿层是得到高效率太阳能电池的基础。在有机复合物表面通过溶液法生长大晶粒,高覆盖率的钙钛矿薄膜是一项具有挑战性的工作。本论文中我们通过在PbI_2的前驱体溶液中加入不同比例的路易斯碱尿素来调控其在PEDOT:PSS层上的生长过程,并得到了不同形貌的PbI_2薄膜。红外光谱图和电子扫描显微镜显示尿素可以和PbI_2生成PbI_2·O=C(NH_2)_2复合物。这种复合物的存在能够减缓PbI_2的结晶过程,得到片状的PbI_2大晶粒。进一步的研究表明尿素掺入的PbI_2在和碘甲胺反应生成CH_3NH_3PbI_3时会形成CH_3NH_3I·PbI_2·O=C(NH_2)_2中间态,这种中间态的存在能够抑制钙钛矿薄膜的结晶过程,进而提高钙钛矿的成膜质量。在这些因素的共同作用下最终形成了全覆盖、大颗粒、高结晶的钙钛矿薄膜,薄膜的最大晶粒尺寸超过了2μm。我们将得到的高质量的钙钛矿薄膜制备成太阳能电池,钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率达到了18.01%,填充因子高达82.29%。同时,钙钛矿太阳能电池能够保持17.56%的稳态效率。
【图文】：

钙钛矿材料的晶体结构示意图

目前报道的钙钛矿太阳能电池的最高效率已经超过了 22%。钙钛矿太阳能电池是从染料敏化太阳能电池的基础上改进而来的，图1.2展示了两种常见的钙钛矿太阳电池的基本结构。第一种是典型的介观结构（meso-superstructured）的钙钛矿太阳能电池。典型的电池结构为 FTO/致密 TiO2/介孔 TiO2＆钙钛矿层/空穴传输层/金属对电极。其中致密 TiO2层被用作电子传输层，介孔 TiO2作为框架层。在介孔 TiO2层上生长的钙钛矿太阳能电池的效率较高，但是迟滞现象较为严重，而且介孔层所需要的退火温度较高。第二种是平面异质结（planar heterojuction）太阳能电池， 这种电池的结构为 FTO/电子（空穴）传输层/钙钛矿吸光层/空穴（电子）传输层/金属对电极。这种结构较为简单，，所需要的退火温度也较低，使得这种结构在柔性可穿戴方面具有广阔的应用前景。另外一些新型的结构，例如无空穴、电子传输材料的钙钛矿太阳能电池也得到了人们的关注[17-21]。图 1.2 两种常见的钙钛矿太阳能电池的基本结构示意图[16]。钙钛矿太阳能电池的工作原理如图1.3所示。当太阳光照射到钙钛矿太阳能电池时
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4

【参考文献】

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1 丁雄P

本文编号：2680897