CsPbI2Br薄膜的制备及掺杂调控

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钙钛矿材料以其优异的光电特性和低廉的制作成本,引起了人们的密切关注。到目前,钙钛矿太阳能电池最高光电转换效率效率已经达到25.5%,已经接近硅基太阳能电池。而在众多体系的钙钛矿材料中,CsPbI2Br全无机钙钛矿具有带隙合适(Eg约为1.92 e V)、热稳定性和光稳定性好等特点,成为了最具产业发展前景的钙钛矿材料之一。在本论文课题研究中,首先对CsPbI2Br薄膜的制备工艺进行了研究,然后针对薄膜的湿度稳定性差这一缺点进行封装技术的讨论,最后探讨了离子掺杂对CsPbI2Br全无机钙钛矿薄膜光电特性的影响,详细结果具体如下:(1)在CsPbI2Br钙钛矿前驱体溶液陈化12 h,前驱体溶液为90℃,基底温度为60℃,旋涂速度为4000 rpm的情况下,所制备的薄膜形貌均匀致密且无针孔,厚度在400 nm左右,适用于n-i-p结构的电池器件中。基底预热法制备的薄膜形貌与反溶剂制备的薄膜相比基本无差别。(2)使用分子量为12 w的PMMA对CsPbI2Br钙钛矿薄膜进行封装,当旋涂转速为3000 rpm,溶剂挥发时间为10 min时,实际封装效果达到最佳。使用紫外固化胶进行封装,薄膜可以保持2 h以上不发生相变。以上这些封装可以为后续CsPbI2Br钙钛矿薄膜在空气中进行光电转换性能测试提供相稳定性保证。(3)使用Ba2+、Cd2+、Sb3+、Mn2+、Li+等离子对CsPbI2Br钙钛矿薄膜进行掺杂,通过XRD以及PL测试表征掺杂对薄膜物相以及结晶性的影响并预测掺杂元素对薄膜缺陷密度以及导电类型的影响。离子掺杂对薄膜的形貌无明显影响。采用Ba2+对CsPbI2Br薄膜进行A位替代掺使其导电类型向n型转变;采用Cd2+对CsPbI2Br薄膜进行A位替代掺使其缺陷态密度增加;采用Sb3+对CsPbI2Br薄膜进行B位替代掺杂使其导电类型向p型转变,并且Sb3+掺杂工艺可以很好地钝化薄膜的晶体内部的深能级缺陷;采用Mn2+对CsPbI2Br薄膜进行间隙掺杂使其导电类型向p型转变;采用Li+对CsPbI2Br薄膜进行间隙掺杂能够起到钝化薄膜深能级缺陷、减少非辐射的作用研究发现。当Li+离子掺杂浓度在0.5%时,器件光电转换性能达到最佳,开路电压0.9 V、短路电流15.3 m A·cm-2、填充因子65%、效率9.1%。当Li+离子掺杂浓度高于1.5%时,薄膜截面质量变差,对应器件效率以及效率稳定性下降。当Li+的掺杂浓度大于1.5%时,CsPbI2Br薄膜的界面出现悬空现象,对应太阳电池效率下降。
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