空穴传输层与钙钛矿薄膜的结构调控及其PSCs器件稳定性的研究

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自2009年钙钛矿太阳能电池(PSCs)问世以来,以其易制备、低成本制备、高效率等优点获得了人们广泛的关注,器件效率从最初的3.8%提升至现在的22.7%。同时,PSCs面临的问题也涌现出来,虽然其效率发展迅速,但该类电池的稳定性问题制约着它的产业化发展,太阳能电池的最终目的是实现产业化,造福人民。本文将针对反式结构PSCs的稳定性问题展开研究。主要研究内容如下:针对PEDOT:PSS空穴传输材料诱导钙钛矿分解的问题,研究PEDOT:PSS诱导钙钛矿分解的机制,然后在PEDOT:PSS中引入LiOH,LiOH作为弱碱可与PEDOT:PSS薄膜表面的PSS发生反应,从而抑制磺酸基对钙钛矿薄膜的诱导分解过程。另外,引入LiOH后的PEDOT:PSS薄膜电导率有了显著提高,并且适量掺杂有利于钙钛矿薄膜的结晶,最终PSCs器件效率提高了11%,器件稳定性提高了25%。新型NiOx空穴传输材料与传统PEDOT:PSS空穴传输材料相比,对PSCs的光伏性能提高具有明显作用。我们对NiOx和PEDOT:PSS的形貌及材料电学特性进行研究,结果表明,NiOx薄膜相比于PEDOT:PSS粗糙度更大,疏水性更强,其表面特性使钙钛矿薄膜结晶均匀,有效避免了缺陷的形成。由于PEDOT:PSS具有严重的吸水性,在空气中电导率随时间呈下降趋势,而NiOx作为金属氧化物,在空气中可以形成自掺杂效应,其电导率随时间呈上升趋势,有效提高了器件的稳定性。基于NiOx空穴传输材料的PSCs器件的稳定性受限于钙钛矿薄膜本身,针对以上问题,在钙钛矿材料中引入GaAA3,GaAA3的引入极大地提高了钙钛矿晶粒的防水性,并且通过钝化钙钛矿晶界的缺陷态,有效的提高了器件在潮湿环境中的光电转换效率(PCE)和稳定性,器件展示了极好的湿热稳定性。该研究结果为从根本上解决PSCs的稳定性问题提供了新的思路和方法。
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