基于氧化物电荷传输层的钙钛矿太阳能电池性能的研究

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近年来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)取得了突飞猛进的发展。溶液法和气固法是实验室中常用的两种制备钙钛矿薄膜的方法。本文中,我们使用气固法制备了高质量甲铵铅碘(MAPbI3)薄膜。之后制备了两种不同类型氧化物薄膜(NiO和TiO2),在此基础之上制备了平面结构PSCs,并对两者的性能进行了对比研究。论文主要内容如下。论文首先围绕如何制备高质量钙钛矿薄膜展开。我们通过沟道电阻实时监测钙钛矿的生长过程,并对不同反应时间的钙钛矿薄膜进行对比分析。同时,为了能够使碘甲铵(MAI)更好地渗透到PbI2薄膜里,我们使用H2O或DMSO作为PbI2前驱液的添加剂制备疏松多孔的PbI2薄膜。最后我们制备了结构为ITO/PEDOT:PSS/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag的p-i-n型器件,其光电转换效率(PCE)达到12%,且正反扫无回滞。之后通过溶胶凝胶法制备了作为空穴传输层的NiO薄膜以及ITO/NiO/MAPbI3/PCBM/BCP/Ag结构的反式PSCs。为了提高NiO薄膜的导电性,在NiO薄膜中掺入不同量的Li+、Mg2+、Cu2+,发现摩尔含量为15%Li+的掺杂效果最佳。我们分析了NiO的XRD、AFM、EDS和XPS,结果表明NiO薄膜成分与原料成分一致,薄膜表面具有很高的平整度,有利于形成良好的界面,从而有利于电荷传输。基于15%Li+掺杂NiO薄膜,制备器件的光电转换效率(PCE)达到16%,且正反扫基本无回滞。之后在Li掺杂的NiO薄膜上制备了大面积(1.0 cm2)的反式结构器件,效率达到13%。最后,通过溶胶凝胶法制备了作为电子传输层的TiO2薄膜以及基于TiO2的正式结构PSCs(FTO/TiO2/MAPbI3/PTAA/Ag)。通过优化TiO2薄膜的厚度,制备的器件的效率达到16%,且正反扫回滞不大。同时还制备的大面积(1.0 cm2)的正式结构器件,效率达到13%。我们进一步对比了正式PSCs和反式PSCs的光照稳定性、紫外稳定性、热稳定性和空气稳定性,结果表明基于TiO2的正式PSCs具有更好的光照稳定性和热稳定性,而基于NiO的反式PSCs具有更好的紫外稳定性和空气稳定性。
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