基于Ta掺杂TiO2纳米棒的高电流大面积钙钛矿太阳能电池

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本组前期工作实现了目前基于二氧化钛纳米棒钙钛矿太阳能电池的最高效率。本文基于该电池结构,对二氧化钛纳米棒进行掺杂改性,进一步提高了电池的短路电流;并将钙钛矿层的制备方式由一步旋涂法变为两步旋涂法,提高了钙钛矿成膜的均一性;最后将其应用1×1 cm2的大面积太阳能电池中,取得了最高为13.11%的电池效率。首先完成了对二氧化钛纳米棒的Ta掺杂,并探讨了 Ta掺杂对二氧化钛能级位置的影响。由于二氧化钛纳米棒的形貌会对电池效率产生影响,通过调控Ta掺杂浓度,及不同掺杂浓度相应的水热反应时间,确保了掺杂前后二氧化钛纳米棒的形貌一致性。研究结果表明在Ta5+5d轨道与氧空位的协同作用下,随着掺杂浓度的增加,导带位置呈现先下降后升高的趋势。其次探讨了钙钛矿层两步法旋涂工艺,通过调节碘化铅薄膜的放置时间,甲胺/甲脒盐的溶液浓度及旋涂转速,制备了无碘化铅杂相、均一性良好的钙钛矿薄膜。最后进行了钙钛矿太阳能电池的制备和探讨。研究结果表明,当Ta掺杂浓度小于0.1%时,电池的短路电流逐渐增大,开路电压逐渐减小;当Ta掺杂浓度大于0.1%时,电池的短路电流逐渐减小,开路电压逐渐增大;最后在0.1%Ta掺杂时,电池效率达到最大值13.11%。并且掺杂也改善了器件的稳定性,0.1%Ta掺杂器件在大气储存1000 h后效率仍保持在初始值的92%以上
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