基于致密层的钙钛矿太阳能电池的研究

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短短几年,钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)发展迅速,目前最高光电转换效率(Photoelectric conversion efficiency,PCE)已公证到 22.1%,使其在光伏领域具有巨大的发展前景。高效率的PSCs通常需要在导电基底(掺F的SnO2,FTO)上制备一层致密的TiO2层,用来阻止注入到FTO中的电子与钙钛矿中的空穴发生复合。然而,TiO2的载流子迁移率比较低,通常会使界面处存在电荷积累从而导致PSCs中滞回现象的出现;另外,TiO2致密层(c-TiO2)的制备往往需要高温烧结,这在一定程度上限制了 PSCs的低温制备工艺。本论文主要针对PSCs中致密层的研究开展工作,进一步地改善PSCs的滞回现象,简化PSCs的制备工艺。主要的研究内容如下:(1)设计和制备出高效率的基于SnO2致密层(c-SnO2)的可印刷PSCs。将溶于乙醇的“二丁基双正(乙酰丙酮基)锡”作为锡源,采用热解喷雾法制备出高质量的c-SnO2,并将其应用到基于廉价碳对电极可印刷无空穴传输层PSCs中,得到PCE高达13.77%的PSC。通过改变扫速,测得基于c-SnO2与c-TiO2的PSCs的正反扫曲线,并计算出各自的滞回因子,结果发现基于c-SnO2的电池器件表现出更小的滞回效应。电化学阻抗谱与光致发光谱测试结果表明钙钛矿界面处的电荷积累是导致PSCs滞回现象产生的关键原因。(2)设计和制备出高效率的基于无致密层无空穴传输层可印刷PSCs。光电性能曲线测试表明,该PSCs的效率高达13%以上,与基于c-TiO2的PSCs的各性能参数不相上下。电化学阻抗谱测试与光致发光谱测试表明无致密层器件的设计是合理的。接触角测试表明,FTO与介孔TiO2薄膜对钙钛矿溶液的润湿性的不同是获得高效器件的根本原因。本文的创新点主要体现在采用SnO2致密层降低电荷积累、无致密层器件及“空腔理论”两个方面。
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