【摘 要】
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近年来,全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池的效率由最初的2.7%上升到了现在的21%。除了电池效率的快速提升外,无机钙钛矿电池所表现出优异的热稳定性和光稳定性也促使其成为了钙钛矿太阳能电池研究的热点。其中,CsPbI3具有立方相（α）、四方相（β）、正交相（γ）以及单斜非钙钛矿相（δ）四种不同晶体类型的相结构,其中α、β、γ相都属于黑色钙钛矿相。无机CsPbI3的α、β、γ相的带隙大约为1.7 e
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近年来,全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池的效率由最初的2.7%上升到了现在的21%。除了电池效率的快速提升外,无机钙钛矿电池所表现出优异的热稳定性和光稳定性也促使其成为了钙钛矿太阳能电池研究的热点。其中,CsPbI3具有立方相（α）、四方相（β）、正交相（γ）以及单斜非钙钛矿相（δ）四种不同晶体类型的相结构,其中α、β、γ相都属于黑色钙钛矿相。无机CsPbI3的α、β、γ相的带隙大约为1.7 e V,但是黑色钙钛矿相在湿度较大的条件下稳定比较性差,黑色CsPbI3相会自发转变为能带为2.3 e V的δ-CsPbI3的非钙钛矿结构。最近有研究表明通过PbI2和HI酸在二甲基甲酰胺（DMF）反应合成出来的HPbI3,不仅可以降低α-CsPbI3的相变温度同时还提高了其相的稳定性。而对于无机钙钛矿材料,通过向无机CsPbI3薄膜中掺杂碱金属碘化物或者制备二维无机钙钛矿材料的影响的报道还比较少。本文基于制备致密无孔洞的CsPbI3薄膜以及提高钙钛矿太阳能电池的稳定性展开了以下的实验探究:1)研究在不同退火条件下制备出的无机CsPbI3薄膜的性质及其电池器件的性能。通过使用一步退火和分步退火分别对吸收层进行不同退火条件的处理,我们发现分步退火制备出的薄膜比直接一步退火制备出的薄膜的晶粒尺寸更大而且薄膜形貌更平整。同时,使用分步退火制备出的太阳能电池器件的参数也比一步退火的好。不同退火条件制备出的太阳能电池之间的参数差别主要表现在电池填充因子的不同。通过使用分步退火制备出的电池器件的填充因子达到38.6,而一步退火的填充因子仅仅只用22.7。2)研究了碱金属碘化物（NaI,KI）掺杂到无机CsPbI3的薄膜性质以及其对太阳能电池器件性能的影响。通过向无机CsPbI3钙钛矿前驱液中掺杂浓度为0%,2.5%,5%,7.5%,10%的碱金属碘化物来研究碱金属碘化物对CsPbI3的影响。我们发现:掺杂少量NaI之后,薄膜的结晶性有了一定的提高,掺杂量大于5%时薄膜的质量开始明显下降,通话掺杂NaI之后薄膜的相稳定性却下降了许多;而掺杂KI之后薄膜的结晶质量以及晶粒尺寸有了明显的改善。相对应的太阳能电池器件的参数也有了明显的提高。未掺杂碱金属碘化物的电池开路电压为0.854V,而掺杂碱金属碘化物的电池最大开路电压为0.934 V。相对应的填充因子也由38.6提升到最大为51.1。3)研究了基于环己甲胺碘（CMAI）的不同n值的CMA2Csn-1PbnI3n+1的薄膜性质以及其对太阳能电池器件性能的影响。通过对n=6,8,10,15,∞的二维钙钛矿薄膜以及其太阳能电池器件的研究,发现:n=8制备出的二维薄膜的相稳定性得到了很大的提升。薄膜在湿度为20%的环境下,放置10天后薄膜的颜色几乎没有明显的变化,而没有添加CMAI的无机钙钛矿薄膜放置3天后薄膜的颜色就发生了明显的相变。从中我们可以看出CsPbI3薄膜中形成低维结构之后薄膜的相稳定性提高许多。
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