银纳米线电极在钙钛矿电池中的稳定性研究及应用

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银纳米线(Silver Nanowire,AgNW)透明电极具有高透光率、高导电性、可低温湿法制备及柔性可折叠等优点,是一种极具商业前景的低成本柔性透明电极。然而,将AgNW电极用作钙钛矿太阳能电池的底部电极时却遇到严重的腐蚀问题。本文针对该问题详细研究了钙钛矿前驱物及钙钛矿薄膜在单一因素下对AgNW电极的影响,并就提高AgNW电极稳定性的实验方案进行了对比分析。采用大片径氧化石墨烯(Large Size Graphene Oxide,LGO)制备出适用于钙钛矿太阳能电池的AgNW/LGO底部透明电极,最终在AgNW/LGO电极上制备的钙钛矿太阳能电池实现了9.62%的光电转换效率。论文的主要工作包括:论文首先分别探究了常用钙钛矿前驱物PbX2和MAX(X为Cl或Br或I),以及钙钛矿薄膜MAPbI3在单一环境因素如光照、氧气、水分的影响下,对AgNW电极的腐蚀情况;并利用X射线衍射仪(X-ray Diffraction,XRD)对产物进行了结构分析。研究结果表明:相比氧气和水分,PbX2在光照下对AgNW电极腐蚀情况更严重,而且腐蚀速度随着卤族元素的原子序数增加而增加。而MAX则对氧气和水分更敏感。钙钛矿薄膜MAPbI3在光照、有氧及湿润环境下,均会加快自身分解,加速腐蚀AgNW电极。其中,AgNW/MAPbI3在这三种环境下被腐蚀的速度为:光照>湿润>有氧。为提高AgNW电极的稳定性,论文以电沉积法和稳定热气流辅助沉积法分别在纳米线电极表面沉积硫氰酸亚铜(CuSCN)纳米晶簇和氧化石墨烯(GO)薄片作保护层。研究发现:CuSCN纳米晶簇保护层并不能提高AgNW电极的稳定性,反而出现包裹越紧密,腐蚀速度越快的现象。使用平均片径为60μm的LGO制备的AgNW/LGO复合电极能在连续通电和光照下稳定工作超过45h,电阻变化几乎可以忽略不计,而且复合电极的透光率达83.8%,方阻为38.5Ω/sq。最后利用AgNW/LGO复合电极作底部电极制备了钙钛矿太阳能电池并对其光电性能进行了分析。经过优化,得到基于AgNW/RLGO复合电极的钙钛矿太阳能电池的最佳光电性能参数为:Voc为0.87V,Jsc为15.43mA/cm2,FF为70.9%,PCE为9.62%。器件效率达到用ITO电极制备的器件效率的近85%,充分证明了AgNW/RLGO复合电极用作钙钛矿太阳能电池底部电极的潜在应用价值。
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