基于缺陷调控制备高稳定钙钛矿太阳能电池研究

来源 :延安大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yibola2008
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有机-无机杂化的钙钛矿材料具有良好的吸收系数;较长的载流子扩散长度;可调控带隙;可溶液加工;以及可制备柔性电池等优点,引起了科研工作者的广泛关注。目前,钙钛矿太阳能电池的转换效率已经达到25.7%的认证效率。然而,在电子层制备过程中会形成大量的氧空位缺陷,造成严重非辐射复合;溶液法制备的多晶钙钛矿薄膜过程中,存在大量的缺陷,成为载流子的复合中心,影响器件的光电转换效率和稳定性;昂贵的空穴传输材料和贵金属电极限制了钙钛矿电池的商业化进程,构筑低成本可印刷的碳电极电池是目前主要研究方向之一。本论文将主要研究电子传输层和钙钛矿吸收层缺陷钝化,构筑无空穴碳基钙钛矿太阳能电池,研究缺陷钝化对器件转换效率和稳定性的影响,具体包括以下几个方面:(1)对SnO2等金属氧化物电子传输层(ETLs)进行缺陷调控是提高PCE的有效策略。然而,使用低沸点溶剂很难控制SnO2的表面缺陷,这限制了钙钛矿太阳能电池(PSCs)的性能。本工作通过低温溶液法制备了高质量的SnO2薄膜,发现溶剂对SnO2的能级和氧空位有明显的影响。与以异丙醇为溶剂制备的I-SnO2相比,2-甲氧基乙醇为溶剂制备的D-SnO2薄膜具有优良的光电性能并表现出最优的性能,效率从基于I-SnO2的18.63%提高到20.35%。(2)电子传输层是影响钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率(PCE)和稳定性的关键因素之一。传统的电子层存在着转换效率低、稳定性差等问题。在这里,本工作设计了一种旋涂(SC)-SnO2/介孔结构(MS)-Ti O2/化学浴沉积(CBD)-SnO2“三明治结构”电子传输层。这种结构更有利于电子的提取,具有更高的短路电流,同时电池器件的稳定性获得明显的提升。最终所获冠军碳电极器件PCE为15.12%,短路电流为20.45 m A/cm~2,开路电压为1.11 V,填充系数为67%。在湿度为30%的环境条件下,电池60天后的转换效率仍能保持初始效率的60%以上。(3)界面工程在提高钙钛矿太阳能电池性能方面发挥着重要作用。采用苯乙基碘化铵(PEAI)作为MAPb I3吸收层与碳电极之间的界面钝化剂,可以有效地提高无空穴碳电极钙钛矿器件的光电转换效率和稳定性。由于钙钛矿异质结缺陷的缓解和电子提取的增强,器件性能得到改善。结果表明,与未进行PEAI表面钝化处理的器件相比,经过PEAI处理的器件效率从11.33%提高到17.27%。此外,经过PEAI表面钝化的PCE的钙钛矿层表现出更好的稳定性,在不封装的环境空气中存储1500 h后,仍可保持原来PCE的90%以上。
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