论文部分内容阅读
近年来,有机无机杂化钙钛矿太阳电池(PSC)受到了人们的广泛关注。从2009年钙钛矿材料首次用于太阳电池至今,PSC的光电转换效率(PCE)已从3.8%被迅速提高至25.2%。然而,随着其PCE逐渐接近理论极限效率,人们对PSC的研究也开始从最初的提高其转换效率转移到提高其稳定性、降低其生产成本和拓展其应用领域等方面。本文首先针对正置结构PSC中常用的Au背电极价格昂贵的问题,研究了利用MoO_x/Ag作为背电极制备高效PSC;其次,针对基于低成本塑料基材的柔性PSC开发中常用的ITO透明电极所固有的力学脆性、铟的稀缺性等问题,开发了无铟的AZO/Cu/Ag/AZO多层透明导电薄膜(TCF),并利用其作为透明电极制备了具有良好光伏性能的柔性PSC;最后,考虑到双面PSC在光伏建筑一体化等领域中的广泛应用前景,利用MoO_x/Cu/Ag/MoO_x作为顶部透明电极进行了双面PSC的开发。主要获得了如下创新性结果:利用MoO_x/Ag替代Au作为背电极进行了正置结构三元阳离子混合PSC开发。通过利用真空热蒸发法在Sprio-OMeTAD与Ag电极之间沉积一层具有高功函数的MoO_x层来改善载流子的传输特性,重点研究了MoO_x层厚度对PSC性能的影响。结果显示,MoO_x层的引入使PSC的光伏性能极大提升,随着MoO_x层厚度的增加,电池的PCE呈现先增加后减小的趋势。在MoO_x层厚度为9 nm时,PSC的串联电阻和反向饱和电流密度最小,此时器件性能最佳,其PCE达到18.7%。采用磁控溅射技术进行了无铟AZO/Cu/Ag/AZO多层TCF制备,并利用其作为透明电极进行了PSC的制备,重点研究了Ag层厚度及Cu籽晶层的引入对多层TCF和PSC器件特性的影响。结果显示,在Ag层沉积前引入超薄的Cu籽晶层,能对Ag膜起到很好的润湿作用,可以有效降低Ag膜沉积时的渗流阈值厚度。通过对AZO/Cu/Ag/AZO多层TCF各层厚度进行优化,在上下层AZO层厚度为40 nm,Cu的厚度为1 nm,Ag厚度为7 nm时,获得了综合光电性能最佳的AZO/Cu/Ag/AZO多层TCF样品,其在400~800 nm波长范围内的平均光透过率可达85.59%,表面电阻为10.5?/sq。基于其所制备PSC也具有最佳的光伏性能,在玻璃衬底上所制备的PSC器件PCE可达14.7%,就我们所知,这是目前报道的基于超薄金属薄膜多层透明电极的PSC效率的最高值。基于其在PET衬底上所制备的柔性PSC的PCE也达到了12.3%,其显示出了良好的机械柔性,其在10 mm的弯曲半径下弯折200次后,器件的PCE仍可保持初始值90%以上。利用真空热蒸发法进行了MoO_x/Cu/Ag/MoO_x多层TCF沉积,并利用其作为顶部透明电极进行了双面PSC制备,深入研究了Cu籽晶层的引入及Ag层和MoO_x层厚度的改变对多层TCF及双面PSC器件性能的影响。结果表明,在利用真空热蒸发法在MoO _x上沉积Ag层前,先沉积一层超薄的Cu籽晶层也可以对Ag膜起到良好润湿作用,能有效降低Ag膜的渗流阈值厚度,从而使多层TCF的光透过率明显提升,表面电阻显著降低。考虑到MoO_x/Cu/Ag/MoO_x多层TCF在用于PSC的透明电极时,为便于载流子有效引出,与有机空穴传输层相邻的MoO_x不能太厚,其厚度被固定为20 nm,在此条件下通过优化Ag和顶层MoO_x厚度,基于MoO_x(20 nm)/Cu(1 nm)/Ag(10 nm)/MoO_x(30nm)顶部透明电极的双面PSC器件获得了最佳的光伏性能,其从ITO侧和MoO_x/Cu/A g/MoO_x侧进光分别获得了13.1%和10.25%的效率。