【摘 要】
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透明电极是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,负责太阳光的接收和电荷的收集。为了实现柔性高效光伏器件的制备,必须采用高透光率、高电导率、耐弯折的电极。目前,最常用的透
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透明电极是钙钛矿太阳能电池的重要组成部分,负责太阳光的接收和电荷的收集。为了实现柔性高效光伏器件的制备,必须采用高透光率、高电导率、耐弯折的电极。目前,最常用的透明导电电极是铟锡氧化物薄膜(ITO),但其商业化发展受高昂的材料价格、较高的脆性、稀缺的材料资源等缺点的限制。因此,迫切需要研发新型的高透高导电极来替代传统ITO。近年来,人们开发出了薄层金属电极、石墨烯电极、PEDOT:PSS聚合物电极和银纳米线(Ag NWs)等新型电极,但是其透光率、电导率和弯折性能的相互制约限制了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的进一步提升。基于此,我们提出了一种具有光俘获增强特性的高透高导电极,实现了高效钙钛矿太阳能电池的制备。在本文中,我们首先探索了周期性聚苯乙烯微球阵列的制备。利用气液界面自组装法实现了尺寸均一的聚苯乙烯微球在液面上的自组装,获得了六方紧密排列的多种尺寸的单层聚苯乙烯微球阵列,并借由提拉法的应用实现了微球阵列从液面到多种基底的转移。随后,我们使用反应离子刻蚀技术实现了聚苯乙烯微球的刻蚀,并以其为结构掩模实现了银膜在基底上的热蒸发沉积。同时,我们通过调整小球尺寸、刻蚀时间和银膜厚度,研究了不同形貌银纳米网格对电极光学和电学性能的影响规律。结合实验表征和理论建模模拟,解析了周期性孔洞结构对光俘获过程的作用机制。最优化的电极具有超过66%的透光率和低于19 Ω square-1的面电阻。在此基础上,我们制备了非ITO电极的钙钛矿太阳能电池器件,通过周期性金属结构的占空比、厚度和尺寸的调整,分析了电极光电特性和器件性能的构效关系,结合器件表征和理论模拟结果,优化了器件制备参数,获得了效率超过17.06%的钙钛矿太阳能电池。最后,我们以柔性PET基底为结构载体,转移了聚苯乙烯微球阵列,并对其施以反应离子刻蚀、金属蒸镀和超声清洗,获得了具有耐弯折特性的柔性透明电极,实现了柔性钙钛矿太阳能电池的制备,获得光电转换效率达到16.47%。通过器件表征和理论建模分析,解析了周期性银纳米网格结构在完整器件中的光调控机制。
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