钙钛矿太阳电池的缺陷钝化及其光伏性能的研究

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:maowang300miao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钙钛矿太阳电池(PVSCs)凭借其低成本、高效率的优势被认定为最具有发展前景的光伏电池之一。迄今为止,PVSCs最高认证效率已达25.5%。其高效率主要归因于钙钛矿材料本身具有优异的光伏特性,例如较强的光吸收系数、较高的缺陷容忍度、较长的载流子扩散长度、较低的激子结合能以及可调的直接带隙。然而,这类电池较差的稳定性制约了其商业化的发展。钙钛矿薄膜的表面和晶界缺陷以及与传输层之间的界面缺陷是导致器件降解的主要原因。因此,寻找合适的策略来降低钙钛矿器件中的各类缺陷是制备高效稳定PVSCs的关键。基于溶液法制备的钙钛矿薄膜不可避免地会产生大量的缺陷,其中主要包括点缺陷、晶界、表面和界面缺陷等。这类缺陷充当非辐射复合中心,严重影响载流子的传输,从而阻碍器件的效率和稳定性的进一步提升。尽管许多钝化剂已被证明可有效钝化钙钛矿薄膜中的各类缺陷,但关于钝化剂的不同添加方式对钙钛矿薄膜的影响依旧缺乏深入的理解。在本文中,我们选用非富勒烯有机小分子(F8IC)作为钝化剂,系统地研究了反溶剂滴加和添加剂掺杂策略对钙钛矿薄膜缺陷钝化效果的影响。F8IC对缺陷的钝化归因于其羰基和氰基基团与甲胺铅碘(MAPb I3)中未配位的Pb2+鳌合作用。研究结果表明,反溶剂滴加F8IC的添加方式仅钝化钙钛矿的表面缺陷,从而抑制钙钛矿薄膜上层的电荷非辐射复合。而添加剂掺杂F8IC则显著减少了钙钛矿的表面缺陷和本征缺陷,得到缺陷态更少且更致密的钙钛矿薄膜,从而促进电荷的传输和提取。这些作用使得器件短路电流(Jsc)从20.59 m A cm-2显著提升至21.86 m A cm-2,能量转换效率(PCE)从16.19%提升至18.40%,器件稳定性也得到一定的改善。此外,我们发现,只有当钝化分子的能级与钙钛矿能级接近时,添加剂掺杂才是最优添加方式。基于此,在选择钝化剂的添加方式时,还需要根据钝化剂和钙钛矿之间的能级匹配来选择最佳钝化策略。氧化镍(NiOx)基钙钛矿太阳电池中NiOx表面的Ni3+金属阳离子和钙钛矿中A位阳离子盐之间的界面氧化还原反应通常被忽略。这种不良的反应会在界面处产生富Pb I2的空穴提取屏障,阻碍空穴的传输,增加电荷的复合,导致器件开路电压(Voc)损失。此外,界面氧化还原反应的存在会诱导钙钛矿中的甲胺离子去质子化和碘离子被氧化的过程,加速钙钛矿薄膜的降解,影响器件的稳定性。本文通过在NiOx表面引入三羟甲基丙烷三(2-甲基-1-氮杂环丙烷丙酸酯)(SaC-100)修饰层的策略,同时实现了界面氧化还原反应阻隔和表面改性的效果。研究结果表明,SaC-100的引入不仅增加了Ni3+/Ni2+的比例,提高了NiOx的电导率,还抑制了Ni3+与A位阳离子盐之间的界面氧化还原反应,减少了界面缺陷态密度,有利于空穴的提取和传输,减少器件的开路电压损失。此外,界面间的能级排列以及钙钛矿的薄膜质量也得到改善。因此,相较于标样器件的PCE为17.54%,其中Voc为1.06 V,Jsc为21.29 m A cm-2,FF为78.09%,SaC-100优化后的器件PCE高达20.21%,其中Voc提升至1.11 V,Jsc为22.37 m A cm-2,FF为81.36%,并且钙钛矿器件呈现出增强的光稳定性和热稳定性,这归因于SaC-100对界面氧化还原反应的阻隔作用和缺陷钝化作用。
其他文献
当今环境污染问题日益严重、能源日益缺乏,而新能源电动汽车具有清洁、环保的优点,其发展对缓解能源危机和节能减排具有重大意义。电动汽车充电负荷的随机性和不确定性,给电力系统安全稳定运行带来一定的影响。充分利用电动汽车V2G技术的充放电特性,将电动汽车的充电行为进行有效管理与控制,可使电网和用户双方都受益。论文首先介绍影响电动汽车充电负荷的因素,考虑电动汽车的并网规模、电池特性、充电方式以及用户出行特性
近年来,全球能源危机及环境污染问题促使人们加快了对新型清洁能源及储能系统的研究与探索步伐。其中,碱金属离子电池兼具高能量密度、长循环寿命和无记忆性等诸多优点而广受关注。然而,负极材料作为电池的关键部件,正遭受着低理论比容量的限制,从而无法满足市场对高能量/功率密度的需求。天然生物质因其来源广、绿色环保、丰富的杂元素掺杂等自身优点,成为了制备高性能电极材料的理想前驱体。不幸的是,生物质多组分及难溶解
超级电容器是一类具有高功率密度和长循环寿命的电化学储能器件,但其能量密度较低,为了弥补此短板,开发高比电容的电极材料成为提升超级电容器电化学性能的重点工作。其中,过渡金属硫化物因其极高的理论容量得到了广泛的研究。本论文以乙基黄原酸金属配合物为金属硫化物前驱体,原位制备了金属硫化物及其复合材料并应用于超级电容器。主要研究内容包括:(1)硫化镍钴(Co Ni2S4)纳米颗粒由于其具有高表面能极易发生团
近年来,河长制信息化系统建设如火如荼,论文在总结前人研究的基础上,提出了河长制"一张图"的总体思路,并详细地介绍了"一张图"的关键技术,最后通过"一张图"的构建、发布与调用进行了实践应用。研究表明,多源数据下的"一张图"可以为河长制用户提供全面的信息资源、丰富的空间信息服务、智慧的全景监控应用。
随着市场上新能源电动汽车的兴起,人们对电池的能量密度有了更高的要求。与锂离子电池相比,锂硫(Li-S)电池因其高的理论比容量(1675 m A h g-1)和能量密度(2600 Wh Kg-1),被视为下一代有发展潜力的电化学储能器件。但是锂硫电池中硫的低电导率及中间体多硫化物穿梭效应等问题,都严重制约了它的发展。对正极材料的改性和进行隔膜修饰是解决这两个问题的重要途径,本文设计并制备了具有独特结
随着煤、石油等能源的大量使用,地球上不可再生能源的剩余存储量日渐枯竭,因此国内外众多学者纷纷开始关注生物质能源的研究,秸秆等木质纤维素燃料以丰富的储量、经济的价格成为代表性的研究选择。但是目前在纤维素的预处理环节,原料内部复杂的组织结构,很大程度上会阻碍酶对纤维素的可及性,因此在进行后续的反应之前,需要对原料进行合理的预处理操作。经众多学者专家的研究发现,蒸汽爆破技术具有纤维素转化率较高、产生的污
电解液作为超级电容器三个重要组成部分(电极材料、电解液及隔膜)之一,目前其所受到的关注远不及电极材料。然而,电解液中离子-离子、离子-溶剂等微观相互作用是影响超级电容器电化学性能的重要因素。因此,本文在总结前人工作的基础上,系统研究了不同温度下,季铵盐电解质在不同溶剂(碳酸丙烯酯及乙腈)中的体积、粘度性质及电导率,计算了一些重要的热力学参数,分析了离子溶剂化行为,探讨了季铵盐电解质溶液中离子-离子
基于有机无机钙钛矿的三维晶体结构钙钛矿太阳能电池(PSCs)近年来取得了飞速的发展,其光电转换效率(PCE)的快速提高就是一个很好的证明。然而,三维钙钛矿材料的不稳定性仍未得到解决。惰性大体积有机阳离子不仅可以通过覆盖有机阳离子与[Pb I6]4-单元之间的强相互作用增强其结构稳定性,而且还可以阻止水分子穿透和腐蚀内部无机层,然而,有机层电导率的降低阻碍了钙钛矿量子阱之间载流子的传输。因此,相对于
随着全球日益严重的环境污染和传统化石能源的短缺,太阳能光伏发电具有清洁、安全、可持续性等特点而受到越来越多的重视,特别是开发结构简单、高效、低成本的太阳能电池是未来重要的发展方向。其中,硫化亚锡(Sn S)是一种直接带隙半导体材料,在可见光范围内光吸收系数很大,构成元素S和Sn在自然界储量丰富、价格低廉、无毒无害,其理论光电转换效率高达25%。因此,Sn S薄膜太阳能电池是一种很有发展潜力的光伏器
随着社会的发展,科技的进步,人们对电能的需求也越来越大。传统的发电方式是通过化石燃料的燃烧,化石燃料会产生很多污染物,导致环境日益恶化。因此以可再生能源为主要发电的微电网系统被人们所提出,并得到了快速的发展。虽然微电网的提出为解决能源危机和环境问题提供了方案,但由于微电网的技术尚不成熟,其自身存在许多问题,例如:分布式电源供电不可靠、可再生能源利用率低以及微电网系统运行成本较高等一些问题。针对微电