高相对湿度下热空气气流对钙钛矿太阳能电池性能的影响

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近年来,基于有机无机钙钛矿材料的太阳能电池迅速发展,电池光电转换效率已经超过22%,而其核心吸光层材料使用成本低廉、制备方法多样且可溶液法制备,使得其应用更加方便和多样化,并且制备工艺可采用不需要真空条件的卷对卷技术,为实现钙钛矿太阳能电池的大规模、低成本制造提供可能。与其他光伏太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池显现出很强的优越性,对其持续研究,推动其产业化,这对于人类生活环境和社会经济的可持续发展都具有深远意义。而实现钙钛矿太阳能电池产业化及其应用,最大的挑战是其稳定性,由于杂化钙钛矿结构材料在高水氧气氛、受热或变温条件下,其晶格结构易被破坏而导致材料的分解,最终导致电池器件性能的下降或丢失。本文主要研究在两种相对湿度环境中,用不同温度的热空气气流处理沉积空穴传输层后的样品器件,测试对应电池器件的光电特性,最终得到在高相对湿度(RH约为48%)下,用特定温度(45℃)的热空气气流处理样品后,对应得到的电池器件的PCE最高为10.42%,填充因子可有效控制在0.7以上,开路电压VOC和短路电流JSC分别为0.954V和15.24mA/cm2。研究内容包括:  (1)研究了在干燥(RH<30%)环境中,用不同温度的热气流对沉积空穴传输层后的样本器件进行处理,通过对电池器件的串联电阻RS和并联电阻RSH值,以及对处理后的样品器件进行PL光谱测试比较发现,通过热气流处理样品器件,促进了氧气在spiro-MeOTAD和钙钛矿层内更好的扩散,使得薄膜材料更好地与空气接触,减少了陷阱密度,降低了spiro-MeOTAD层和钙钛矿层之间的界面电阻和电荷复合率,有利于提高电荷收集与传输能力,进而提升电池电流与电压,改善太阳能电池光电特性。  (2)探究了不同相对湿度环境下,使用最佳温度热气流对沉积空穴传输层的样品进行处理,通过对电池器件的串联电阻RS和并联电阻RSH值,以及对处理后的样品器件进行PL光谱测试比较发现,通过高湿度热气流处理对样品器件进行处理,有助于钙钛矿更好的成膜,使得钙钛矿晶体中缺陷态变少,使得激子电荷得到了更好的分离与收集,减少载流子复合;并且使得各层之间能够更好的接触,电荷各薄膜层之间能够得到更好的传输,同时也促进了热气流中空气与各薄膜层之间更好的接触进行反应,最终使得器件的电流密度、光电转换效率进一步得到提高。
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