新型醚类绿色反溶剂以及富勒烯吡咯烷在高效高重复性钙钛矿太阳能电池上的应用

发布时间：2020-09-27 17:03

　　 自2009年以来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池便以惊人的速度发展,引起科学界的广泛关注。有机-无机杂化钙钛矿材料具有诸多优良的特性,包括:激子结合能小、载流子扩散长度大、载流子迁移率高和复合率低、带隙合适以及不含稀有元素等。这些特性使得钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在短短几年内从3.8%提高到22.7%,已经超过了多晶硅电池和薄膜太阳能电池,并且稳定性也在稳步提升。虽然钙钛矿电池的效率已经超越20%,但是距离真正的商业化却有很长的路要走。主要是由于目前钙钛矿太阳能电池的制备工艺的重复性、器件的稳定性以及回滞效应等问题仍没得到很好的解决。目前,高效的钙钛矿电池大多采用氯苯、甲苯等有毒的反溶剂用一步法进行制备。但是,采用这些反溶剂,使得器件的制备过程存在毒性大、成本高昂、重复性差以及对制备条件要求高的缺点。目前缺乏制备工艺重复性好且对环境条件依赖小的反溶剂,这严重制约了钙钛矿电池的应用。而且,目前效率最高的钙钛矿太阳能电池均为传统的正置结构,这种结构大多采用Ti02为电子传输层。但是TiO2本身的电子迁移率低,导致电子在界面积累使得电池具有很明显的回滞现象,从而大大影响了对电池性能的准确评估;并且Ti02本身具有光催化特性,在紫外光的照射下,会产生氧空位,加速钙钛矿的分解,同时产生深陷态进而成为复合的中心使电池的效率和稳定性降低。针对钙钛矿电池的制备工艺采用有毒的反溶剂和重复性不好以及Ti02电子传输层的缺点,本文采用新型绿色反溶剂制备高效率、重复性高的钙钛矿太阳能电池,且采用新型富勒烯吡咯烷衍生物对Ti02界面层进行修饰,主要开展了以下两个方面的工作.:(1)首次采用绿色溶剂异丙醚作为反溶剂制备钙钛矿太阳电池。与传统反溶剂(甲苯、氯苯、氯仿等)相比,采用异丙醚制备的钙钛矿薄膜晶粒更大、结晶性更好,并且具有更少的缺陷,器件的最高效率达到了 19.07%。我们也制备了 60个器件去验证电池的重复性,结果显示电池的平均效率为17.67%±0.54,重复性非常高。与乙醚相比,异丙醚具有更高的沸点(68.3℃),这也使得基于异丙醚的器件能够耐受更高的环境温度。我们在环境温度为40℃的条件下进行器件的制备,发现电池的效率仍然高达16.75%,使得异丙醚很适合作为反溶剂用于钙钛矿电池的大规模生产。(2)采用化学合成的方法合成出富勒烯吡咯烷衍生物(FPTPA)并将其作为Ti02修饰材料用在钙钛矿太阳能电池中。研究发现,经过FPTPA修饰后的钙钛矿薄膜的结晶性和薄膜质量得到大大提高,且薄膜中的缺陷也更少。针对Ti02本身电子迁移率低的问题,FPTPA也能有效的提高电子的传输,使得器件的最高效率达到19.11%。同时,由于FPTPA对Ti02的钝化作用,使得钙钛矿电池的回滞现象大大减小,器件的光稳定性也得到很大提高。
【学位单位】：厦门大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TM914.4
【部分图文】：

敏化太阳能电池最高转化效率已经达到１３％，而且有机小分子和聚合物电池的光逡逑电效率也都己突破１０％［１３４５］，这两类电池基本达到了产业化的要求。但是器件的逡逑稳定性差和效率不够高仍是制约着他们发展。图１．１所示是美国可再生能源国家逡逑实验室（ＮＲＥＬ）于２０１７年最新发布的各类太阳能电池的最高效率［１６］，从图中可以逡逑看出，新型第三代太阳能电池的效率仍在稳步上升中。逡逑Ｂｅｓｔ邋Ｒｅｓｅａｒｃｈ－Ｃｅｌｌ邋Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｉｅｓ逦ＵＮＲＥＬ逡逑５２．逦二——逡逑ｉＥ—逦

本文编号：2828136