论文部分内容阅读
有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因其杰出的光物理性能,在光伏发电领域引起国内外研究人员的巨大关注。钙钛矿材料具有宽泛的吸光范围、高吸光系数、长载流子传输距离、双极性传输载流子、与卷对卷技术相兼容等优异的特性。这些特性使它成为可再生清洁能源的研究热点。近十年来,钙钛矿太阳能电池的光电转化效率(power conversion efficiency,PCE)取得了举世瞩目的成就,其效率从初始的3.8%迅速跃升至如今的25.2%。高PCE为钙钛矿电池未来走向商业化夯实了一定的基础,但其商业化之路仍面临诸多挑战,如大面积钙钛矿电池的激光刻蚀工艺和涂膜工艺复杂且效率不高,对光、水等稳定性不足,常用空穴传输材料价格昂贵等方面的问题。本文主要从简化大面积电池的工艺,缩减成本和提高电池稳定性的角度出发,进行了以下两方面的研究工作:(1)采用简单的两步旋涂工艺法制备了小面积(0.12 cm2)钙钛矿太阳能电池,通过优化各功能层的厚度及界面处理的方法,将实验室小面积电池的PCE从6%提升至18%左右。为了减少激光刻蚀步骤,实现简化大面积电池刻蚀工艺的目标,本实验设计并制备了三种不同分割方式下的大面积钙钛矿电池(不刻蚀ITO(铟掺杂氧化锡)基底,刻蚀ITO基底和激光刻蚀整块电池)。通过电流-电压(J-V)曲线和光致发光光谱(PL)研究了分割方式对大面积(1,4,9 cm2)电池性能的影响。结果表明,1 cm2不刻蚀ITO的电池PCE达到14.38%。与传统刻蚀ITO的电池相比,不刻蚀ITO的电池表现出相当的PCE和PL发光强度,即无需刻蚀ITO基底也能制备出高效率的大面积电池,从而简化了激光刻蚀工艺,降低了电池成本,为钙钛矿太阳能电池未来的商业化提供了一定的指导作用。(2)采用一步反溶剂处理法制备了高效稳定的(PEA)2MA4Pb5I16基2D钙钛矿太阳能电池。为了解决2D钙钛矿薄膜表面粗糙不平及电荷传输问题,本实验通过用CH3NH3I(MAI)与钙钛矿前驱液中多余的PbI2发生化学反应,在2D钙钛矿薄膜中形成MAPbI3钙钛矿。这不仅钝化了2D钙钛矿薄膜的表面缺陷,而且增强了电荷传输速率。该方法全室温操作,简单方便,且重现性良好。与未MAI处理的器件相比,经MAI处理后的电池PCE由9.53%增至11.85%,显著地提高了电池的效率(提高了25%)。电池在室温手套箱里未封装的条件下存放90天后,其效率保持原来的93%以上,表现出良好的稳定性,为未来大面积电池商业化提供了指导。