有机分子共混环保型反溶剂钙钛矿太阳能电池的研究

来源 :西南石油大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:w_wallace
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随着社会的发展,人类对于能源的需求不断增长。我们急需寻找清洁能源来替代储存量有限且会造成严重环境污染的传统化石燃料。太阳能具有清洁、储量丰富等优点,而太阳能电池是利用太阳能最有效的方式。自2009年以来,钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)由于其转换效率高、制备工艺简单、材料成本低等优点受到了广泛的关注。其中,钙钛矿光吸收层为产生和分离载流子的关键功能层,改进钙钛矿光吸收层是提高钙钛矿太阳能电池性能最重要的策略之一。钙钛矿层表面晶界处的缺陷会导致载流子复合及钙钛矿分解,降低电池的稳定性。研究证明,钝化晶界能够有效减少晶界处的缺陷,提高电池的稳定性。因此,本论文利用有机小分子钝化钙钛矿表面晶界,减少晶界处缺陷,提高钙钛矿薄膜质量,从而提高器件效率及稳定性。在此基础上,利用环保型溶剂部分替换有毒溶剂氯苯(Chlorobenzene,CB)作为反溶剂制备钙钛矿薄膜,既能够与有机小分子共同协调控制钙钛矿结晶,又能减少器件对环境的污染。本论文所做工作主要包括以下两个方面:(1)利用红荧烯(Rubrene)混合CB作为反溶剂制备钙钛矿薄膜,通过rubrene中π键与CH3NH3PbI3(MAPbI3)中的MA+连接,使rubrene均匀覆盖在钙钛矿表面,能有效钝化表面晶界及晶界处缺陷,减少载流子复合,有利于钙钛矿层与空穴传输层的界面接触,提高载流子的传输性能。同时钙钛矿薄膜表面水分子入侵通道减少,薄膜的疏水性能有所提高。通过优化rubrene添加量,钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从15.45%提高到17.88%,器件的稳定性也明显提高。(2)利用 phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PC61BM)混合环保型溶剂乙酸乙酯(ethyl acetate,EA)和CB替代纯CB作为反溶剂制备钙钛矿薄膜,通过CH3NH3PbI3与PC61BM相分离和异质结混合形态均匀覆盖在钙钛矿表面,能有效钝化钙钛矿表面晶界,减少晶界处的缺陷和晶界处载流子的复合,使水分子的入侵通道减少,有效提高钙钛矿薄膜的疏水性。同时,PC61BM也能为电子提供有效传输通道,提高电子在钙钛矿薄膜内的传输性能。通过优化EA和CB的体积比,钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从14.4%提高到16.1%,电池的稳定性也明显提高。同时,通过以环保型溶剂EA部分替换CB,也能减少CB对人体及环境的污染。
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