【摘 要】
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由于钙钛矿材料具有成本低廉,高吸光系数和低带隙等特点,钙钛矿太阳能电池(PSC)从2009年被发明以来,仅十年的时间,其光电转换效率就已突破23%。钙钛矿太阳能电池效率的提高令人
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由于钙钛矿材料具有成本低廉,高吸光系数和低带隙等特点,钙钛矿太阳能电池(PSC)从2009年被发明以来,仅十年的时间,其光电转换效率就已突破23%。钙钛矿太阳能电池效率的提高令人们欢欣鼓舞,但电池结构和器件稳定性问题却未能得到妥善解决。本文就掺杂及界面修饰的方法在钙钛矿太阳能电池中的应用及其影响展开研究,主要针对使用掺杂剂改善钙钛矿光活性层的结晶质量,界面修饰改善载流子在界面处的传输以及亲水性界面对器件稳定性影响的问题,展开了以下工作:(1)将PEDOT:PSS作为添加剂引入到CH3NH3PbI3-xClx钙钛矿吸收层中,通过精确调控PEDOT:PSS的掺杂比例后得到具有大晶粒的高质量薄膜,从而使钙钛矿层的光电性能得到提高。研究表明,由于PEDOT:PSS会与CH3NH3PbI3-xClx产生络合作用,钙钛矿中的缺陷在经PEDOT:PSS掺杂后被钝化,薄膜中的电荷复合得以抑制,载流子寿命提高。经过系统研究,含有1.5v%PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池获得了17.56%的效率。(2)将MoS2用作在PEDOT:PSS空穴层和CH3NH3PbI3光吸收层之间的缓冲层,制备出结构为Glass/ITO/PEDOT:PSS/MoS2/CH3NH3PbI3/PCBM/Bphen/Ag的钙钛矿太阳能电池,并获得了16.32%电池效率以及良好的稳定性(放置20天后仍有65%的初始效率)。结果显示,因为MoS2缓冲层与CH3NH3PbI3之间能级的匹配,空穴传输层对电荷的提取和传输能力得到提高。同时,MoS2缓冲层能够阻止PEDOT:PSS层和CH3NH3PbI3层的接触,减少PEDOT:PSS膜吸收的水分对钙钛矿层的影响,从而改善了钙钛矿太阳能电池的稳定性。(3)将MoS2作为CH3NH3PbI3钙钛矿层的添加剂,改善了钙钛矿太阳能电池的器件性能和稳定性。研究结果表明,MoS2作为添加剂可以与钙钛矿形成CH3NH3PbI3:MoS2体异质结,同时使钙钛矿薄膜的晶粒变大。CH3NH3PbI3:MoS2薄膜较大的晶粒可以有效减少钙钛矿薄膜中的晶界数量,阻止亲水性PEDOT:PSS薄膜吸收的水分向钙钛矿层浸入,从而抑制了水分对钙钛矿薄膜的不利影响。在经过实验优化后,基于CH3NH3PbI3:MoS2(10 v%)的钙钛矿光吸收层的电池器件,最高效率可以到达18.31%且稳定性良好,即使放置在空气20天后,仍能保持87%的原始效率。
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