含离子型四苯基乙烯界面层的钙钛矿太阳能电池的研究

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由于资源与环境的双重压力,人们大力发展和利用可再生能源,太阳能电池就是利用可再生能源的典范。传统的硅基太阳能电池由于制备工艺复杂,成本较高等问题在一定程度上制约了发展。近几年来,钙钛矿太阳能电池由于制作工艺简单且光电转换效率增长速率较快引起了人们的广泛关注,倒装结构的钙钛矿太阳能电池更因其低温制备过程与可制成柔性器件的特性成为主要研究方向之一。目前倒装钙钛矿太阳能电池光电转换效率较低且稳定性较差,尤其是在湿度较大的环境中会很快失效。为解决上述问题,本课题引入了一种离子型的四苯乙烯界面层材料来修饰电池的阴极,并对器件光电特性及稳定性开展实验研究。这种离子型的四苯基乙烯材料具有在聚集状态发出荧光的性质,因此被人们简称为AIE(Aggregation-Induced Emission)材料。针对MAPbI3(MA+=CH3NH3+)类钙钛矿太阳能电池,引入了四种(TJ-1TJ-4)不同结构的AIE界面材料,其中TJ-2与TJ-4两种材料可以使器件的光电转换效率从12.85%分别提高到15.55%与14.54%,同时器件的稳定性也有了明显的提高。利用共混法在钙钛矿前驱体溶液中引入AIE材料,并对AIE材料掺入的浓度、薄膜退火温度及退火时间进行对照试验,确定最优制备工艺。掺入AIE材料前后的器件分别针对热稳定性、湿度环境下抗分解特性及器件抗老化特性三个方面进行对照试验,得到掺入AIE材料后的薄膜及器件在稳定性方面的变化。在MAPbI3类材料中引入甲脒离子(FA+=CH(NH22+),当材料为FA0.2MA0.8PbI3时,器件效率可达14.06%,引入TJ-2与TJ-4这两种AIE材料后,光电转换效率可达16.91%和16.68%,器件的稳定性也有不同程度的提升。针对FAPbI3材料的退火温度及晶型结构展开研究,得到该材料的最佳退火温度为150℃。基于FAPbI3材料与MAPbI3材料的退火温度差异,采用较低的甲脒材料掺入量,针对FAxMA1-xPbI3材料的配比、退火温度等开展对照试验,得到FA0.2MA0.8PbI3材料的最佳制备工艺。掺入1.0 mg/mL的AIE材料后,器件性能明显提高,设计了薄膜及器件在稳定性方面的对照试验后得到FA0.2MA0.8PbI3材料在热稳定性、抗水分分解能力及抗老化方面的性能有了不同程度的提高。
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