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有机无机杂化钙钛矿材料吸收系数高,禁带宽度大范围可调,非辐射复合几率低,载流子迁移率高、扩散长度大,且能溶液法制备,近年来备受关注。目前钙钛矿太阳能电池已经取得了22.1%的认证效率,已接近传统硅电池的最高效率。此外,杂化钙钛矿材料具有荧光量子产率高(纳米晶状态可达90%以上)、载流子传输/注入效率高及直接带隙等特点,使得其在发光领域也有很强的发展潜力。相比于有机无机杂化钙钛矿材料,无机钙钛矿材料CsPbX3(X=Cl,Br,I)具有热稳定性高、发光颜色纯等特点,使其在新型发光二极管(LED)领域具有更强的竞争优势。在本文中,我们主要研究了不同工艺条件在改善杂化钙钛矿薄膜质量、钝化缺陷和提高太阳能电池及LED效率和稳定性方面的作用。论文取得的主要研究成果如下: 1.通过溶剂退火辅助一步旋涂法,我们制备出高效稳定平面钙钛矿太阳能电池。在杂化钙钛矿薄膜退火过程中,通过控制MACl的挥发速率,可调控杂化钙钛矿薄膜的结晶速度,提高其结晶质量。此外,我们在PCBM和金属Al电极之间引入ZnO致密层,提高了PCBM和电极之间的接触特性,获得光电转换效率为16.8%钙钛矿太阳能电池,而且由于ZnO层对杂化钙钛矿的保护作用,提高了太阳能电池的稳定性:30个器件在空气中测试两个月,平均效率仅从13.8%下降到了13.1%,降低了不到5%。 2.使用FA部分取代MA调整杂化钙钛矿材料的禁带宽度,提高器件的短路电流。通过两步旋涂法,优化原溶液中FA/MA/I/Br的比例,采用PEDOT∶PSS为空穴传输层(HTM),我们制备出效率为15.91%几乎没有回滞的平面杂化钙钛矿太阳能电池。研究了深能级空穴传输材料PTAA、PEDOT∶PTAA及NiO在提高太阳能电池开路电压方面的作用,并通过铜、锂共掺杂NiO提高其电导率,获得了本论文中钙钛矿太阳电池最高17.14%的光电转换效率,且几乎没有回滞现象。 3.采用反溶剂萃取法制备无机钙钛矿薄膜,提高无机钙钛矿材料的结晶质量。通过CBP的氯苯溶液作为反溶剂,在一定浓度下限制无机钙钛矿的结晶,优化无机钙钛矿薄膜的形貌,减少孔洞数目,抑制漏电流,我们获得了外量子效率为8.13cd/A的高效LED。此外,在ZnO和无机钙钛矿薄膜之间引入有机绝缘聚合物PVP抑制漏电流,我们将LED电流效率提高到16.7cd/A。 4.通过PVP改善电子注入层ZnO的亲水性和MABr钉扎无机钙钛矿CsPbBr3的结晶,我们制备出了几乎无孔洞的无机钙钛矿Cs0.87MA0.13PbBr3薄膜。此外,研究发现,PVP及MABr的引入还有抑制漏电流、钝化界面及杂化钙钛矿内部缺陷、优化载流子注入平衡等作用。通过优化工艺条件,我们制备出发光波长520nm,亮度超过90000cd/m2,外量子效率达10.4%(33.4cd/A)的高亮度高效无机钙钛矿LED。