基于两步法的钙钛矿薄膜制备以及其在低温钙钛矿电池的应用

发布时间：2017-12-07 02:29

  本文关键词：基于两步法的钙钛矿薄膜制备以及其在低温钙钛矿电池的应用

  更多相关文章： 钙钛矿太阳能电池 无致密层 硫化锌 氧化锌 电子传输层

【摘要】：近年来,受能源危机及环境问题的影响,人们一直在寻找一种能够替代传统化石能源方法。其中太阳能电池以低成本及可再生的优势吸引了越来越多人的注意。在过去的五年当中,钙钛矿太阳能电池(PSC)效率飙升,成为太阳能电池领域里冉冉升起的一颗新星。虽然钙钛矿电池器件效率一直在上升,但是依然存在一些问题制约着钙钛矿太阳能电池的发展,例如:1.在平面结构钙钛矿太阳能电池中,理想的钙钛矿层成为获得高能量转换效率的必要条件之一。人们发现在CH3NH3Pb I_3中存在适量的碘化铅晶体能够钝化钙钛矿薄膜晶界,抑制电子空穴的复合,提升短路电流。两步顺序沉积法已经广泛用于在钙钛矿太阳能电池中。这种方法将Pb I_2前驱体薄膜浸渍到碘化甲胺(CH3NH3I,MAI)中制备CH3NH3Pb I_3活性层。通过该方法制备的PSC的光伏性能的差异总是被归因于不同浸渍时间将会引起Pb I_2完全/不完全转化为CH3NH3Pb I_3。2.无机金属氧化物电子传输层被广泛地用于钙钛矿太阳能电池中。大多数无机电子传输层需要高温以形成导电性良好和无缺陷的薄膜。而这些方法将会限制其在柔性器件中的使用以及将来商业化的应用。因此,如何得到一种可低温柔性制备的电子传输层成为钙钛矿太阳能电池领域里一项重要的问题之一。针对以上两个问题我们提出两种解决方案:1.为了解决第一个问题,我们采用溶剂蒸汽退火(SVA)方法制备大晶粒尺寸的Pb I_2晶体,以制备得到高质量的钙钛矿薄膜。使用该方法,发现在CH_3NH_3I溶液中增加的Pb I_2浸渍时间会降低得到的PSC的能量转换效率,而钙钛矿膜中Pb I_2/CH_3NH_3Pb I_3的含量并没有明显的变化。我们通过紫外-可见光吸收,X射线衍射,傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电子显微镜的测试探究了这种变化的来源。我们将这种光伏性能的异常减少是因为CH3NH3Pb I_3壳层对Pb I_2核的插层/脱嵌。这将会导致对Pb I_2和CH3NH3Pb I_3晶格的掺杂效应以及在表面上形成CH3NH3Pb I_3覆盖层。基于我们的发现,采用多次浸渍-干燥法作为替代方法去改善结晶质量。我们将这种方法应用在低温制备的无致密层的钙钛矿太阳能电池当中。我们用ITO/CH3NH3Pb I_3/sprio-OMe TAD/Ag结构,得到最高的能量转换效率为11.4%。2.为了解决第二个问题,我们设计一种低温制备的Zn O/Zn S纳米粒子作为电子传输层应用在钙钛矿太阳能电池当中。通过制备这种混合的纳米粒子的薄膜,明显提升了薄膜的表面形貌,抑制在电子传输层和钙钛矿层之间的界面处的复合的。此外,我们通过UPS,UV-Vis吸收光谱测试了Zn O/Zn S薄膜的价带能级,导带能级以及带隙宽度。发现合适的能级将会促进电荷提取并且因此提高了钙钛矿太阳能电池的电流密度。在稳定和瞬态状态下测量了CH3NH3Pb I_3和Zn O,Zn O/Zn S的光致发光光谱。用来表征,CH3NH3Pb I_3与Zn O和Zn O/Zn S的界面之间的复合问题。我们发现合适的能级以及良好的界面接触能够提升钙钛矿太阳能电池的能量转换效率。结合以上开发的基于SVA的两步法制备的钙钛矿薄膜,我们实现了基于Zn O/Zn S的钙钛矿太阳能电池能够得到11.9%的能量转换效率。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O484;TM914.4

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本文编号：1260862