高效稳定的钙钛矿太阳能电池的研究

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近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其出色的光伏性能认证的电源转换效率(PCE)为25.2%。[1]出色的性能得益于钙钛矿材料的优异性能,例如高光学性能吸收系数和可调节的光学带隙。但是,一些挑战阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化应用,包括有限的光谱响应,空气稳定性和柔韧性差。显然,钙钛矿太阳能电池要走向商业化,必须解决以上问题,其中阻碍钙钛矿太阳能电池最主要的两个问题就是无法大规模模块化制备和稳定性差。作者在硕士期间主要针对以上两个问题进行了研究。我们通过最终实验结果,通过掺杂可以降低电子传输层和钙钛矿层的缺陷态密度,提高钙钛矿层的结晶性来增强钙钛矿太阳能电池的稳定性。(1)首先,我们利用电子束沉积技术实现了电子传输层的大规模制备,然后我们探究了利用电子束沉积电子传输层的最佳厚度,同时将Zn2+掺杂到电子传输层中,最终实现了实现1000 h的长时稳定性,从18.95%提升到了20.16%。电子束低温,大规模制备为未来商业化提供了一个思路。(2)在第一个工作的基础上,我们将稀土离子掺杂到钙钛矿吸收层,极大提高了钙钛矿层的结晶性和电子迁移率。Ce3+掺杂实现了钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的最大幅度提高。掺杂前后的效率分别为18.50%和21.67%。掺杂后的器件在室内条件下储存3200 h和在365 nm连续光照150 h后,它们的PCE分别保持60%和80%以上,在相同条件下,对原始的损失分别为90%和100%。Ce3+掺杂后钙钛矿太阳能的表现来自于特殊的Ce 3+/Ce 4+氧化还原对和紫外区域独特的4f-5d跃迁。最后,我们制备了面积为1.25 cm2的柔性器件。
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