【摘 要】
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有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿由于其良好的半导体性能,如光吸收系数高,载流子寿命长,优良的载流子迁移率等而受到人们的广泛关注。已成为目前做光电探测器、LED、太阳能电池等光电器件最有前途的材料之一。在过去几年中,尽管钙钛矿的功率转换效率(PCE)从2009年的3.8%快速增长到了23%以上,但是由于钙钛矿对空气的敏感性使得钙钛矿薄膜和器件在潮湿空气中制备或存储时易分解,因此仍旧限制着钙钛矿太阳能电
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有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿由于其良好的半导体性能,如光吸收系数高,载流子寿命长,优良的载流子迁移率等而受到人们的广泛关注。已成为目前做光电探测器、LED、太阳能电池等光电器件最有前途的材料之一。在过去几年中,尽管钙钛矿的功率转换效率(PCE)从2009年的3.8%快速增长到了23%以上,但是由于钙钛矿对空气的敏感性使得钙钛矿薄膜和器件在潮湿空气中制备或存储时易分解,因此仍旧限制着钙钛矿太阳能电池的发展。为了改善这些问题,本文从掺杂PEA+的单晶合成入手,提高钙钛矿太阳能电池的转换效率。并与传统溶液法即直接配制前驱体的方法做对比,研究薄膜和器件的光电性能差异,相关的实验内容和研究成果如下:(1)开发了一种简便易行的实验方法,首次合成掺杂了苯乙胺(PEA+)的钙钛矿单晶MA1-xPEAxPbEI3、然后将此单晶溶解制备成前驱体溶液,并在空气中旋涂该前驱体。通过此次单晶工程所制备的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸较大(传统直接配置前驱体方法的6.6倍大),且结晶度高、电子缺陷密度低。(2)研究了不同PEA+的浓度对钙钛矿电池光电转换性能和稳定性的影响,PEA+的浓度分别是0、0.05、0.1、0.15、0.2。在最优掺杂浓度0.1下,钙钛矿太阳能电池的转换效率从15.6%(传统溶液法)提高到17.6%(单晶工程)。(3)此外,由于PEA+掺杂和单晶工程的高抗湿性,所得到的钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性也得到了显著提高。基于单晶工程所制备的掺杂0.1PEA+的钙钛矿太阳能电池在没有任何封装的条件下,30天后仍能保持其75%的初始效率(存储在环境空气中相对湿度为50%)。然而传统方法制备的掺杂0.1PEA+的钙钛矿太阳能电池在同等储存条件下,30天后仅能保持其50%的效率,降解速度达到单晶工程的两倍。
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