基于p型半导体纳米材料掺杂空穴传输层的钙钛矿太阳能电池研究

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纵观介孔钙钛矿太阳能电池(PSCs)的发展,空穴传输层(HTL)的研究有着十分重要的意义。最为广泛使用的空穴传输材料spiro-OMeTAD因其低空穴传输速率和导电性较弱的性质,需要使用添加剂来对其进行改善。本文采用两种p型半导体纳米材料掺杂空穴传输层,具体内容如下:(1)利用热注射法合成高质量的胶体Cu9S5纳米晶(NCs)。将多个Cu9S5NCs包覆于二氧化硅中构成Cu9S5@SiO2超级纳米颗粒(SUPs)。将不同重量比的Cu9S5@SiO2 SUPs掺入HTL中,完成电池组装及相关表征,探寻最优掺杂重量比。实验和理论模拟计算结果表明,当最优重量比的Cu9S5@SiO2 SUPs掺入时,一方面本身光散射或者反射能力能够帮助钙钛矿活性层吸收更多的光,从而帮助器件捕获更多的光能量。另一方面,这种超级纳米颗粒还能提高HTL的导电性和空穴迁移能力。结果表明,基于最优重量比Cu9S5@SiO2 SUPs的PSC器件获得平均光电转换效率(PCE)18.21%。与参照PSC器件相比(平均PCE为14.38%),在平均PCE上提升超过26%。(2)利用水热法合成CuGaO2纳米片(CGO)。将不同重量比例的CGO掺入基于spiro-OMeTAD的HTL中,完成电池组装及相关表征,探寻最合适、优化的掺杂重量比。结果表明,当最理想重量比的CGO掺入PSCs器件时,空穴传输材料有着更高的电导率和更有效的空穴注入。正因此,与参照PSC器件相比,掺入CGO的器件PCE由15.78%提升至18.32%。通过以上研究可以得出,CGO的掺入可以极大提升器件的光伏性能。
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