界面修饰对钙钛矿太阳能电池器件性能影响的研究

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钙钛矿太阳能电池(PSC)基底的表面性质会很大程度上影响钙钛矿薄膜的质量,从而影响器件性能,同时钙钛矿太阳能电池中,电极与吸光层之间还有界面层存在,界面层也参与了载流子的收集与转移,除了各层本身性质,界面层的性质也影响了器件的性能。本文主要围绕掺杂和自组装单分子层两种界面修饰方法进行实验探究,分为以下三个工作:(1)通过在电子传输层(ETL)[6,6]-苯基-C61-丁酸异甲酯(PCBM)中掺入聚(9,9-二辛基-芴)(PFO)和聚(9,9-二辛基-芴-共苯并噻二唑)(F8BT)提高PSC性能。PFO和F8BT都是有机光电器件中常用的聚合物,且都具有出色的成膜性。分别将F8BT和PFO按不同质量比5 wt%和10 wt%掺杂到电子传输层PCBM中来探究对ETL的成膜性能和载流子传输性能,以及器件功率转换效率(PCE)的影响。实验结果表明,F8BT的加入有效改善了PCBM的成膜性能,ETL的表面粗糙度有所降低,改善的薄膜均匀性有利于电子-空穴对的分离,其中PCBM中掺入5 wt%F8BT的效果最佳,PCE从12.6±0.24%提升到15±0.26%。(2)通过在空穴传输层(HTL)和吸光层中间加入自组装单分子层(SAM)进行界面修饰来提高PSC性能。选择了溴乙酸、对溴苯甲酸以及5-溴-2羧基吡啶三种具有不同中间官能团的材料,使用紫外光电子能谱(UPS)以及其他一些表征手段,研究它们作为自组装单分子层用于修饰HTL和吸光层界面,对改善杂化钙钛矿太阳能电池性能的作用。实验结果表明,溴乙酸在抑制缺陷形成、优化能级匹配以及改善表面形貌上效果最好,将器件的PCE从原始器件的14.86%提高到了17.15%,VOC从1.02 V提高到了1.08 V,JSC为21.38 m A/cm2。同时,溴乙酸单分子层的引入使器件稳定性也略有提高。这个工作不仅证实了自组装单分子层可用于改善钙钛矿太阳能电池性能,也为寻找合适的单分子层提供了快捷的方法。(3)为了寻找溴乙酸溶液作为单分子层修饰Ni OX空穴传输层的最佳浓度,选用了0.5mg/m L、0.75 mg/m L、1 mg/m L、1.5 mg/m L、2 mg/m L和3 mg/m L六种浓度的溴乙酸溶液,用不同浓度溶液制备的SAM修饰Ni OX,对在修饰后的Ni OX上制备得到的钙钛矿薄膜进行了表面形貌、结晶度和光吸收谱的测试,结果表明1 mg/m L的溴乙酸溶液对薄膜的改善效果最佳。然后制备了基于不同浓度的溴乙酸SAM改性的器件,PCE测试结果也证实了1 mg/m L的溴乙酸溶液是作为SAM是最佳浓度。
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