【摘 要】
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有机-无机杂化钙钛矿材料具有高光吸收率、易于调节能带结构、较强的电子/空穴传输能力、以及高缺陷容忍度等优点。近十年来钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率（PCE）从2009年的3.8%快速提升到当前的25.7%。与硅太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单和成本低廉等优点。然而,PSCs敏感于温度、湿度、紫外线和氧气等外界因素,这极大的影响了PSCs稳定性,阻碍其走向商业化。针对PSCs稳定
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有机-无机杂化钙钛矿材料具有高光吸收率、易于调节能带结构、较强的电子/空穴传输能力、以及高缺陷容忍度等优点。近十年来钙钛矿太阳能电池（PSCs）的效率（PCE）从2009年的3.8%快速提升到当前的25.7%。与硅太阳能电池相比,钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单和成本低廉等优点。然而,PSCs敏感于温度、湿度、紫外线和氧气等外界因素,这极大的影响了PSCs稳定性,阻碍其走向商业化。针对PSCs稳定性难题,本论文基于Ni OX为空穴传输层制备倒置型PSCs,研制了一种乙烯-醋酸乙烯酯共聚物（EVA）与石蜡相复合的封装技术,极大地提高电池的稳定性。同时,我们利用界面修饰技术,将抗氧化剂MD-697掺入PVK作为钙钛矿/电子传输层（PCBM）界面的修饰层,显著地提高电池效率和稳定性。将石蜡/EVA/石蜡封装结构用于该电池,进一步提升了PSCs电池的稳定性。主要的研究工作如下:1、研发了石蜡和EVA（Ethylene-vinyl acetate）热熔胶相结合的复合封装技术,研究了石蜡/EVA/石蜡和纯EVA封装结构的PSCs性能衰减规律和相关机制。石蜡/EVA/石蜡封装的PSCs在相对湿度75%的条件老化1000 h后,其效率仍保持初始值的95%;在水中浸泡5 h后,其PCE仍保持初始值的98%。采用高熔点68℃石蜡与EVA组合封装,要比低熔点（55℃和60℃）石蜡具有更好的封装性能。因石蜡具有良好流动性和浸润性,石蜡可浸入到金属电极的缺陷、空洞和边缘区域,能明显地抑制这些区域的金属电极恶化。因此,采用石蜡/EVA/石蜡封装结构,既利用“EVA膜连续坚固的特点”,又利用“石蜡优良的疏水性和浸润性的优势”,形成连续、致密和高疏水性的复合封装层,从而显著地提高PSCs稳定性。这种无溶剂参与的石蜡/EVA/石蜡复合封装结构,可在大气环境下低温操作封装,具有低成本优势,这为封装PSCs电池提供了新思路。2、采用抗氧化剂MD-697掺杂的聚（9-乙烯咔唑）（PVK）修饰钙钛矿/电子传输层界面策略,在三维钙钛矿薄膜表层形成致密且连续的准二维结构的修饰层,阻止钙钛矿晶界直接暴露,显著地提高了钙钛矿晶体的结晶度与稳定性。同时,修饰层还能钝化晶界和界面缺陷,提高界面接触性能,促进载流子的输运和萃取等综合功能。MD-697:PVK修饰的PSCs效率从参考电池的17.1%提高到20.7%,并显著抑制迟滞现象。未封装条件下,经紫外线照射12 h,MD-697:PVK修饰的PSCs仍能保持初始PCE值的60%,而PVK修饰的PSCs经8 h照射后已经失效。用石蜡/EVA/石蜡封装的PSCs,在65°C和RH 85%的湿热环境下测试1200小时,MD-697:PVK修饰的PSCs依然保持初始效率的92%,而参考PSCs和PVK修饰的PSCs分别保持初始效率的84%和87%。因此,采用抗氧化剂MD-697和PVK联合修饰钙钛矿/PCBM界面的策略,能显著的提高PSCs效率、光湿热环境稳定性,这为探究高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新思路。
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