低温碳基PSC钙钛矿层的滴涂制备及界面接触研究

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钙钛矿太阳能电池(PSC)因其较高的光吸收系数,较高的光电转换效率以及较低的成本得到了广泛的关注。低温碳基PSC是在传统介孔PSC以及全印刷无空穴传输层PSC的基础上发展而来的,它既继承了传统介孔PSC优异的钙钛矿薄膜性能,又拥有全印刷无空穴传输层PSC的工艺简单等特点。但目前的钙钛矿层大多是由旋涂法制得,难以实现大面积,并且刮涂的碳电极与钙钛矿层间的界面接触较差,限制了电池性能的提升。因此为解决上述问题,本文探索了钙钛矿层的滴涂法制备工艺,并优化了钙钛矿层和碳层之间的界面接触,为电池的大面积制备及性能提升提供了可供选择的方法。研究内容及结论如下:(1)研究了钙钛矿层的滴涂法制备工艺即钙钛矿溶液的溶剂、滴涂量、溶液的渗透方式及ZrO2间隔层对钙钛矿层的成膜性能及电池性能的影响。以DMF和DMSO为混合溶剂配制钙钛矿溶液,滴涂量为5×0.6μL时,钙钛矿层的成膜性能较好,薄膜在具有较好致密性的同时晶粒也较大,并且薄膜厚度最优,制备出的电池性能也最优。实验还通过机械振动和添加剂的方式促进钙钛矿溶液的向下填充,使得所制备的电池的电流有所提高。另外,在介孔TiO2上引入一层ZrO2间隔层能够较好的抑制暗电流,削弱载流子的复合程度,有利于电池电压及电流的提高,并且能够较好的提升电池在空气中的稳定性。(2)为增强C/CH3NH3PbI3界面接触,实验选择在碳浆料中添加对CH3NH3PbI3有一定溶解能力的溶剂ACN。当碳浆料溶剂中ACN的添加量为5wt.%时,对滴涂制备的钙钛矿层的界面接触增强效果最好,制备出的电池效率也最高;另外ACN的添加不仅对滴涂法制备的钙钛矿层有增强界面接触的效果,同样对于旋涂制备的钙钛矿层也有此效果;实验也发现,经ACN处理后的钙钛矿层的晶粒尺寸也发生了变化,表面的大小尺寸的晶粒相互配合,使得钙钛矿层对光的吸收能力增强,使得电池的电流及电池效率有效提高。(3)实验还通过采用制备双层低温碳电极并优化其内容物的方法对C/CH3NH3PbI3界面接触进行了优化。当上、下碳层中大尺寸石墨与小颗粒炭黑的质量比分别为5:1和1:1时,既可以保证上碳层的导电性能,又可以使下碳层与钙钛矿层的接触较好。同时实验也对下碳层的厚度及上碳层浆料中CNT和rGO的添加进行探索,进一步优化了碳电极的导电性和电池的光电性能。
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