钙钛矿太阳能电池空穴传输层金属氧化物薄膜的制备及其性能研究

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卤化铅的钙钛矿光伏器件由于其优越的光伏性能吸引了巨大的关注,而在钙钛矿太阳能电池中,平面反向钙钛矿成为近几年的研究热点。相对简单的制备工艺是平面反向钙钛矿的主要优势。影响平面反向钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性因素有很多,其中所使用的空穴传输材料起着至关重要的作用。越来越多的科研人员对氧化镍、氧化钼等金属氧化物空穴传输材料产生兴趣,因为这些空穴传输材料具有良好的化学稳定性、用这些空穴传输材料所制备出来的器件效率高。同时氧化镍、氧化钼等金属氧化物也有一些缺点,它们本身的导电性较弱,造成由这些材料所制备的钙钛矿太阳能器件的填充因子、短路电流相对较低。为了改善平面反向钙钛矿太阳能器件的性能,提高空穴传输层材料的导电性是首选的方法。掺杂改性是改善氧化镍、氧化钼薄膜的导电性最有效的途径之一。本文制备了以石墨烯掺杂氧化钼薄膜为空穴传输层的平面反向钙钛矿太阳能电池。研究了还原氧化石墨烯掺杂对氧化镍薄膜形貌、光学性能、电学性能的影响。进一步研究还原氧化石墨烯掺杂改性的氧化钼薄膜对钙钛矿薄膜的微观形貌和钙钛矿太阳能电池的影响。得到如下结果。首先,通过实验得出氧化镍薄膜的最佳温度为500℃。结果表明还原氧化石墨烯的掺入并不会影响氧化镍薄膜的光学性能,掺杂后氧化镍薄膜的透光率为73.08%和未掺杂的薄膜74.03%相差不大。掺入还原氧化石墨烯后,薄膜在电学性能上有所改善,薄膜的导电性得到了增强,500℃退火样品的方阻降低了9.32%,同时也改善了薄膜的界面性能而有利于生长缺陷少的钙钛矿层。说明掺入石墨烯进行改性,在改善薄膜的电学性能和界面性能的同时,也不会影响原有的优良性能。第二,通过实验得出还原氧化石墨烯掺杂氧化钼薄膜(MoOx:RGO)的最佳的退火温度为200℃。结果表明掺杂提高了薄膜的导电性,同时不影响薄膜的透光率。基于(MoOx:RGO薄膜生长的钙钛矿层具备更优良的的结晶质量,同时薄膜更光滑,良好覆盖率更有利于晶粒的生长。由MoOx:RGO薄膜作为空穴传输层所制备出的钙钛矿太阳能电池的器件最高效率为18.85%,短路电流为21.03mA.cm-2,开路电压为1.12V,填充因子为0.77。与同等条件下由PEODT:PSS、MoOx、RGO薄膜为空穴传输层制备的的钙钛矿太阳能电池相比,基于MoOx:RGO薄膜制备的钙钛矿太阳能器件较表现出更高的环境稳定性和更优的电池性能。
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