【摘 要】
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在过去十年,有机无机杂化钙钛矿材料因其独特的光电特性而获得研究人员广泛关注,太阳能电池性能取得巨大进步。钙钛矿材料的低温溶液法制备优势为柔性电池快速发展提供了可能,目前柔性单结器件效率已超过21%。由于衬底透光性和钙钛矿薄膜生长机制等方面的差异,柔性钙钛矿太阳能电池的转换效率与刚性钙钛矿电池相差较大;钙钛矿材料的不稳定性也阻碍了其商业化应用发展,亟需对材料组分和器件结构进行优化,兼顾效率和稳定性的
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在过去十年,有机无机杂化钙钛矿材料因其独特的光电特性而获得研究人员广泛关注,太阳能电池性能取得巨大进步。钙钛矿材料的低温溶液法制备优势为柔性电池快速发展提供了可能,目前柔性单结器件效率已超过21%。由于衬底透光性和钙钛矿薄膜生长机制等方面的差异,柔性钙钛矿太阳能电池的转换效率与刚性钙钛矿电池相差较大;钙钛矿材料的不稳定性也阻碍了其商业化应用发展,亟需对材料组分和器件结构进行优化,兼顾效率和稳定性的提升。钙钛矿材料组分调节是提高钙钛矿电池性能的有效途径,通过改变各组分的化学计量比,可以影响材料带隙、结晶状态、器件性能等性质。此外,还需继续提升钙钛矿太阳能电池的稳定性,器件封装、界面钝化、低维钙钛矿掺杂以及疏水性季铵盐处理等方法均可保护钙钛矿材料不受外界水、氧等因素的侵蚀,有效提高钙钛矿电池的环境耐受性。本论文从电池效率和稳定性提升为出发点,通过组分改变和疏水处理两个方面入手系统研究了钙钛矿材料的结晶、生长、钝化、分解等过程,结合器件制备,得到了效率高、稳定性好的柔性钙钛矿太阳能电池。本论文的主要研究内容有:（1）在钙钛矿前驱液中改变化学组分,改变甲胺与甲脒配比并引入溴（Br）元素,形成MA1-xFAxPb（I1-yBry）3钙钛矿材料,探究了有机阳离子和卤素成分对钙钛矿薄膜形貌及缺陷态的影响,发现甲脒离子可以减少材料带隙,而Br可以抑制卤素空位的形成,进而整体提升电池效率,得到平均效率为17.11%的柔性钙钛矿太阳能电池。（2）采用十六烷基三甲基氯化铵（CTAC）钝化表面缺陷并增加疏水性,改善器件稳定性。研究发现,氯元素的引入可以在钙钛矿表面形成三元卤素混合相,进一步减少了缺陷态的产生并抑制了相分离。而长链烷基胺的引入在钙钛矿薄膜表面形成疏水保护,增加了水接触角,减少了空气中水对钙钛矿的影响。最终,本研究获得效率超过18%的柔性钙钛矿太阳能电池,并且具有优异湿度稳定性,可在90%湿度环境中暴露约170小时后,保持初始效率的90%。
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