基于CH3NH3SnxPb(1-x)I3的锡铅二元钙钛矿太阳能电池的制备及其性能研究

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钙钛矿太阳能电池是近年来出现的一种新类型电池,其优点在于不仅拥有较高的能量转换效率,而且所用核心材料相对廉价并且可用溶液法制备,便于运用卷对卷技术实现大规模、低成本制造,但所含重金属铅的毒性会造成环境污染。锡和铅属于同主族元素,用锡部分取代铅制备锡铅二元钙钛矿太阳能电池是降低铅毒性的一个有效方案,但目前锡基电池的效率仍低于铅基电池的效率。本论文以提高该类电池的能量转换效率为目标,研究了CH3NH3SnxPb(1-x)I3锡铅二元钙钛矿薄膜的制备工艺,探讨了锡元素的掺杂比例以及溶剂清洗、溶剂退火工艺对电池性能的影响,该研究对高效、低成本、低铅钙钛矿薄膜太阳能电池的研发具有指导意义。本论文主要研究内容包括以下两个方面:  1.研究了CH3NH3SnxPb(1-x)I3锡铅二元钙钛矿活性层的一步法制备工艺,特别是仲丁醇溶剂的清洗、浸泡工艺和二甲基甲酰胺(DMF)溶剂退火工艺。通过对制得的不同掺锡比例(x=0,0.15,0.25,0.35,1)活性层薄膜的测试和表征,发现掺锡比例为25%(CH3NH3Sn0.25Pb0.75I3)的活性层薄膜生长质量最好,得到的钙钛矿多晶薄膜均匀、致密,平均粒径达870 nm,大于其薄膜厚度,而CH3NH3SnI3薄膜的结晶性最差。  2.主要研究了CH3NH3SnxPb(1-x)I3锡铅二元钙钛矿太阳能电池的光伏性能,包括了J-V特性、EQE和稳定性。通过不同掺锡比例器件光伏性能的对比研究,得出 CH3NH3Sn0.25Pb0.75I3电池性能最优,其最高能量转换效率达到了12.08%,平均效率达到了11.01%。此效率在目前报道的一步法制备锡铅二元钙钛矿太阳能电池的领域中达到了较高水平。该电池无明显的回滞现象,重复性好,稳定性较高。
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