基于界面结晶调控制备钙钛矿光电转换器件

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金属卤化物钙钛矿材料是一种性能优异的光电功能材料,其载流子迁移率高,带隙可调,在高性能光电器件领域有着重要的应用前景。自钙钛矿太阳能电池首次报道以来,基于钙钛矿的各种光电器件都得到了飞速的发展。然而,受限于钙钛矿界面结晶的有效调控,制备高质量的钙钛矿薄膜和稳定的钙钛矿光电器件依然面临着挑战。本论文针对目前钙钛矿光电转换器件中晶体薄膜质量低和稳定性不足两大问题开展研究,聚焦钙钛矿界面结晶调控,通过界面晶体生长控制,制备了具有单晶堆积结构的光电探测器和钙钛矿相稳定的太阳能电池。本论文的主要研究工作如下:1.通过将晶种引入钙钛矿与基材界面,有效地调控了钙钛矿晶体的生长,实现了具有钙钛矿单晶堆积结构薄膜的直写制备。分别采用钙钛矿和石墨作为光敏层和电极,在纸基上制备了大面积光电探测器阵列和图像传感器。该光电探测器在4 V的偏压下响应度为4.2 mA/W,开关比为100。该方法为制备高质量钙钛矿薄膜提供了一种简便有效的方法,对制备大面积钙钛矿光电器件具有重要意义。2.通过将具有疏水性的有机小分子4-氟苯乙胺碘盐(F-PEAI)引入钙钛矿薄膜与空穴传输层界面之间,有效地解决了全无机钙钛矿CsPbI3在湿热条件下不稳定的问题。研究表明,F-PEAI在薄膜表面形成了准二维(2D)钙钛矿层,在钝化缺陷的同时,准2D钙钛矿层也起到了疏水层的作用,有效地稳定了 α-CsPbI3钙钛矿相,提高了器件的整体性能。与对照组的器件相比,经过优化的CsPbI3太阳能电池光电转换效率从15.37%提升至16.89%。该方法对制备钙钛矿相稳定的太阳能电池具有重要意义。
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