高效低温钙钛矿太阳能电池的制备与光电性能研究

发布时间：2020-07-12 11:47

【摘要】：近几年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其在光吸收能力,可溶液制备和光电转换效率等方面的优势被认为是最具潜力的新型太阳能电池之一。截止到2017年,其光电转换效率在短短几年内由最初的3.8%迅速提升到22.7%。但是通常情况下,高效PSCs大部分都是采用高温条件下制备的Ti02电子传输层,以及经退火处理得到的高结晶性钙钛矿光吸收层。本文以降低工艺温度和提高PSCs光电转换效率为出发点,对PSCs关键材料钙钛矿吸光层进行了详细研究。选取低温溶液自制的ZnO为电子传输层,集成了良好热稳定性的混合阳离子PSCs。在此基础上,进一步探索室温下制备钙钛矿吸光层的方法,以实现整个电池器件的低温制备。具体研究进展如下:(1)以 CH3(NH2)2PbI3(FAPbI3)钙钛矿为基础,掺杂 CH3NH3+(MA)和Cs+(Cs)并精细调控其掺杂量及退火温度,制备出高结晶性的黑色相钙钛矿光吸收层,集成高效PSCs。针对三种不同组分(FAPbI3,FA1-xCsxPbI3,MA0.85-yFAyCs0.15PbI3)的钙钛矿的结构、形貌和电化学特性等进行分析,发现掺杂Cs和MA能提高黑色相的结晶性,减小钙钛矿薄膜的表面粗糙度,抑制界面间电荷复合和提高电荷传输性能,因此,提高了电池的填充因子和短路电流密度。MA0.1FA0.75Cs0.15PbI3 PSCs具有最佳性能,其光电转换效率为20.09%,接近目前文献中报道的以Ti02为电子传输层的最高效率(22.1%),且展示了很好的重现性,在1000h内维持很好的稳定性。在此基础上,通过在钙钛矿中掺杂少量Br使得电池效率进一步提升至20.44%。(2)通过对室温条件下合成的多组分钙钛矿薄膜的光电性能研究,发现精细调控Br的量可实现夏季和冬季室温下生成高结晶性的钙钛矿薄膜。在夏季室温条件下(35-40 ℃),Br的加入能抑制黄色相的生成,促进黑色相钙钛矿的结晶性,MA0.1FA0.75Cs0.15PbI2.8Br0.2(Br-0.2)时PSCs的光电转换效率最高,效率高达19.59%,接近经高温退火后钙钛矿的最佳效率。而且,Br的加入可以明显提升不退火钙钛矿的稳定性。但是,当冬季室温降低到20-25 ℃时,Br-0.2时依然有黄色相的存在,其效率下降到15.15%。继续增加Br的量,当钙钛矿的组分为MA0.1FA0.75Cs0.15PbI2.5Br0.5(Br-0.5)时,黄色相完全消失,只有纯的黑色相钙钛矿,最佳性能的Br-0.5的光电转换效率达到17.53%。因此,当温度降低时增加Br的量能形成纯的黑色相钙钛矿,这更加证明了 Br能促进室温下形成黑色相钙钛矿。
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM914.4
【图文】：

图１－３邋—步法和两步法合成ＭＡＰｂｈ钙钛矿示意图逡逑Ｆｉｇ．１－３邋Ｔｈｅ邋ｇｒｏｗｔｈ邋ｓｃｈｅｍｅ邋ｏｆ邋ＭＡＰｂｈ邋ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ邋ｂｙ邋ｏｎｅ－ｓｔｅｐ邋ａｎｄ邋ｔｗｏ－ｓｔｅｐ逡逑

图１－４邋ＰＳＣｓ工作原理示意图逡逑Ｆｉｇ．邋１－４邋Ｗｏｒｋｉｎｇ邋ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ邋ｏｆ邋ＰＳＣｓ逡逑

APbI3钙钦矿的容忍因子Fig.I-7TolerancefactorofAPb13perovskite

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本文编号：2751908