【摘 要】
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钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从最初的3.8%提升到了目前的25.5%,取得了令人瞩目的发展,但距离其理论极限效率还有一定的差距。电子传输层与钙钛矿层之间的能级匹配,电荷传输,以及界面处的缺陷态是影响钙钛矿太阳能电池能量转换效率的关键因素,SnO2以其电子迁移率高、化学稳定性强、以及易于低温制备等优点被认为是最有效的电子传输层材料之一,但其制备过程中会产生一些缺陷捕获电子造成非辐射复合,导致器件能
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钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从最初的3.8%提升到了目前的25.5%,取得了令人瞩目的发展,但距离其理论极限效率还有一定的差距。电子传输层与钙钛矿层之间的能级匹配,电荷传输,以及界面处的缺陷态是影响钙钛矿太阳能电池能量转换效率的关键因素,SnO2以其电子迁移率高、化学稳定性强、以及易于低温制备等优点被认为是最有效的电子传输层材料之一,但其制备过程中会产生一些缺陷捕获电子造成非辐射复合,导致器件能量的损耗和性能的降低;此外,氧空位等缺陷以及界面处的不良接触还会导致钙钛矿组分的离子迁移和电荷积累,造成电流和电压特性严重迟滞。对SnO2电子传输层进行相应的优化研究有助于提高器件的性能,推动钙钛矿太阳能电池的发展。本文选用铯盐作为优化材料,大阳离子Cs+可以很好地匹配钙钛矿的晶格,在不破坏钙钛矿晶格结构的前提下缓解晶格应力并填补有机阳离子的空位缺陷;大阴离子TFSI-可以配位SnO2中未配位的Sn4+并中和氧离子空位,减少非辐射复合损失。本文首先尝试使用不同浓度铯盐掺杂SnO2电子传输层,并分别对SnO2电子传输层、钙钛矿层以及器件的光电性能作了相应的表征和分析。通过研究发现,适当浓度铯盐掺杂有助于提高SnO2电子传输层的导电性,促进电子的提取和输运,抑制了电荷在界面处的积累而导致的迟滞现象,提升了钙钛矿太阳能电池的光电性能。但是,铯盐掺杂对钙钛矿层的结晶调控作用并不明显,对钙钛矿层的晶粒尺寸和结晶质量没有明显改善。在此基础上,本文改用铯盐作界面修饰层,使其直接作用于SnO2电子传输层与钙钛矿层之间的界面处,钝化了界面处的缺陷态密度,增强了能级匹配,促进了电荷的提取和输运,同时还能调控钙钛矿结晶生长,提升钙钛矿的晶粒尺寸与结晶质量。铯盐界面修饰使钙钛矿太阳能电池的能量转化效率从19.93%大幅提高到22.05%,器件的迟滞现象明显降低。
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