石墨炔和铜锌硫在钙钛矿太阳能电池界面中的应用

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钙钛矿由于其高吸收系数、高电荷迁移率、大的电子空穴扩散长度、低廉的成本、简易的制备工艺和高效率等优点,引起能源领域研究者的密切关注。最近几年随着新材料的设计、制备工艺的优化和界面调控,钙钛矿太阳能电池发展迅速,其光电转换效率已经突破22%,但它离实际应用还有很大的差距,因此仍需在材料和工艺上实现进一步的突破。界面性质和载流子的平衡运输对于钙钛矿太阳能电池效率的提高和稳定性的改善起着至关重要的作用,因此,本论文的内容主要围绕钙钛矿的界面层展开,分为如下三个部分:  1近年的研究表明碳材料对钙钛矿界面层能起到很好的调控作用,而新型二维碳材料石墨炔(GD)具有优良的电性能,我们利用石墨炔分别对正型平面异质结钙钛矿太阳能电池的阴极和阳极界面进行修饰,旨在改变器件电流偏低的现状,制备出高效钙钛矿器件。根据修饰前后的器件效率、形貌和接触角变化得知石墨炔即可修饰阴极界面也可修饰阳极界面,但石墨炔修饰阴极界面TiO2时,不利于钙钛矿前体溶液的旋涂,因而提升效果有限。  2在第一部分的基础上,将石墨炔掺杂到倒置钙钛矿器件的电子传输层PCBM中来提高其电子传输性能,器件ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3-xClx/PCBM:GD/C60/Al获得14.8%的光电转换效率,与纯PCBM为电子传输层的器件相比,掺杂石墨炔后平均器件效率提升28.7%(13.9% vs10.8%)。相关表征表明:短路电流密度(Jsc)和填充因子(FF)的增大是由于PCBM掺杂石墨炔后能更好的覆盖钙钛矿层,电子传输层导电性和电子迁移率得到提高,界面处的电子抽取能力增强。同时掺杂石墨炔后器件的滞后性得到改善,以及工作条件下器件的稳定输出效率可达14.4%。表明网状结构和优良导电性的石墨炔在光伏领域具有良好的应用前景。  3有机空穴传输层PEDOT:PSS易吸水,它的弱酸性容易腐蚀ITO造成钙钛矿器件不稳定。本文采用简单易操作的非热注射法,合成出铜锌硫三元纳米材料经过组分确定和性质表征后,将其作为替代PEDOT:PSS的无机空穴传输层应用到倒置CH3NH3PbI3-xClx器件。器件光转化效率达到8.42%,说明铜锌硫具有良好的空穴传输性能的潜力。
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