碳基全无机钙钛矿太阳电池光吸收材料与器件研究

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碳基全无机钙钛矿太阳电池因其在高温和强紫外条件下优异的稳定性以及简单而低成本的制造工艺而备受关注,探寻合适的全无机钙钛矿光吸收层是获得高效且稳定碳基太阳电池的前提。本文采用简单的溶液法,利用不同的无机钙钛矿薄膜,并基于该薄膜制备碳基全无机太阳电池,探究无机CsPbIxBr3-x钙钛矿以及无铅Ag-Bi-I钙钛矿材料制备碳基钙钛矿太阳电池光吸收层的可行性,另外进一步探索了碳基全无机无空穴/电子传输层简易结构CsPbIBr2钙钛矿太阳电池应用的可行性,旨在通过工艺调变、界面修饰等方法实现提升碳基全无机钙钛矿太阳电池性能的目的。主要内容如下:1)首次提出使用中间相卤化物交换法制备高质量CsPbBr3薄膜及相应碳基钙钛矿电池,以CH3NH3Br和微量CsBr的混合物做中间相卤化物交换溶液,与CsPbIBr2钙钛矿前体薄膜反应,促进CsPbBr3快速结晶,提升了 CsPbBr3的功函数,使其与碳电极之间的带隙更加匹配,更有利于钙钛矿光吸收层中载流子的提取和传输,且该电池在抑制其中载流子的复合重组方面更加出色,经过CsBr修饰后制备的碳基CsPbBr3钙钛矿电池实现了 7.34%的最优能量转换效率(PCE),达到与传统的两步法工艺所制备CsPbBr3钙钛矿太阳电池可比拟的PCE。2)首次提出通过高压气流辅助方法制备高质量的无铅Ag2BiI5薄膜,提高了Ag2BiI5薄膜的覆盖度和结晶度,基于此薄膜的Ag2BiI5 rudorffite碳基全无机无铅太阳电池获得了 0.71%的优化PCE,0.77 V的高开路电压(Voc)为同期该类电池的最高值,证明了构建具有简化结构的碳基全无机无铅钙钛矿太阳电池的重大可行性。3)探索无机CsPbIxBr3-x钙钛矿中能量转换效率和稳定性均较高的CsPbIBr2材料构建不含电子传输层、空穴传输层以及贵金属电极的简易结构碳基全无机钙钛矿太阳电池,通过引入PEI修饰FTO表面,降低了 FTO的功函数,从而使FTO和CsPbIBr2薄膜之间的能级更加匹配。经过PEI进行界面能级调节后的器件的开路电压达到1.05 V,其填充因子达到48.6%,获得的最优器件的PCE达到了 6.1%,证明了该类简易结构碳基全无机钙钛矿太阳电池应用的可行性。
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