基于P3HT:PC71BM及CH3NH3PbI3钙钛矿光电器件的研究

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本论文报道了高效的基于P3HT:PC71BM有机太阳能电池(Organic Solar Cells,OSCs)、有机物 PC71BM([6,6]-phenyl-C71-butyric acid methyl ester)修饰 ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池(Pervoskite Solar Cells,PSC)和基于ZnO纳米棒/CH3NH3PbI3/MoO3的光电探测器等光电器件。通过对活性层P3HT:PC71BM进行溶剂退火和热退火,增强P3HT的结晶性,从而提高有机太阳能电池的光伏性能;在钙钛矿太阳能电池中,我们利用有机物PCBM对ZnO纳米棒阵列修饰,有效地提高了基于ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池的光伏性能;对于钙钛矿光电探测器,我们提出将ZnO纳米棒和CH3NH3PbI3结合制备探测器,并优化空穴传输层MoO3的厚度,增强了光电探测器的探测性能。文中对这三种器件的制备、表征和测试都做了详细地介绍,并通过改善工艺和修饰优化了器件的性能。具体详细的内容如下:1、对于高效的P3HT:PC71BM有机太阳能电池,我们通过控制P3HT:PC71BM的溶剂退火和热退火时间,增强了 P3HT的结晶性,有效地提高了 P3HT:PC71BM有机太阳能电池的光伏性能。通过大量的实验,我们得出器件的最优工艺条件是55分钟溶剂退火和9分钟热退火。在AM 1.5G,100 mW/cm2的光照条件下,基于P3HT:PC71BM的有机太阳能电池表现出4.46%的能量转换效率。2、对于PCBM修饰ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池,我们通过PCBM修饰ZnO纳米棒阵列,ZnO纳米棒阵列变得更加粗糙,能够负载更多的CH3NH3PbI3。同时,PCBM的能级结构刚好位于ZnO和CH3NH3PbI3的能级之间,可以促进电子和空穴的传输,并减小传输过程中的能量损失,最终提高PSC的光伏性能。通过PCBM的修饰,我们器件的短路电流密度(Jsc)从18.95 mAcm-2增加到22.06 mA·cm-2,增加比例达到21.7%;器件的开路电压(Voc)从0.78 V增加到0.96 V,增加比例为21.8%,器件的能量转换效率(PCE)从原来的7.4%上升到11.7%。此外,我们的器件也展现出了较好的稳定性:在手套箱放置50天后能量转换效率仍然还保持90%左右。3、我们将ZnO纳米棒阵列和CH3NH3PbI3结合,制备出ZnO纳米棒/CH3NH3PbI3/MoO3结构光电探测器。在此器件中,我们通过优化空穴传输层MoO3的厚度,改善了器件的探测性能,其最高光电响应度达到了 24.3 A/W,峰值探测度达到了 3.56×1014cmHz0.5/W。此外,我们的器件展示了自驱动的探测性能,且能实现紫外和可见的双重探测。最后,由于MoO3层对空气与水分的隔绝作用,我们器件的稳定性也大大提高。
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