基于平面异质结钙钛矿太阳能电池的研究

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近年来,基于CH3NH3PbI3钙钛矿材料以其优良的光学吸收和电荷传导能力而备受关注。基于CH3NH3PbI3的有机无机杂化太阳能电池取得了突破性的进展。本论文针对CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜以及平面结构钙钛矿太阳电池的制备进行了研究,具体内容如下:1、研究了CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的制备。考察了旋涂方式、浓度以及旋涂速度对钙钛矿形貌的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)以及X射线衍射(XRD)等手段对钙钛矿成膜条件进行优化。结果表明:两步法制备的钙钛矿薄膜与一步法相比更加致密与均一。当PbI2与CH3NH3I溶液浓度分别为462 mg/mL和38 mg/ml、旋涂速度为6000r/20s时成膜形貌最佳。2、研究了CH3NH3PbI3/PCBM平面异质结太阳能电池的制备与性能。制备了ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PCBM/LiF/Al结构的电池器件。通过两步旋涂法制备CH3NH3PbI3薄膜,考察了PCBM层及LiF层厚度对器件的光电性能的影响。结果表明当PCBM与LiF的厚度分别为80 nm和0.6 nm时,电池性能最优。短路电流为JSC=10.74mA/cm2,开路电压VOC=0.71 V,填充因子FF=0.48,光电转化效率PCE=3.64%。3、研究了CH3NH3PbI3/P3HT:PCBM串联结构太阳能电池性能。首先,我们选择将钙钛矿CH3NH3PbI3作为添加剂与P3HT:PCBM体系结合,制备ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM:CH3NH3PbI3/Al结构的电池器件并与不加添加剂的传统结构太阳能电池相比较,最终发现钙钛矿添加剂的加入提高器件的短路电流。在此基础上,我们通过两步旋涂法构建结构为ITO/PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/P3HT:PCBM/Al的串联器件。经过优化器件的短路电流可达JSC=19.14 mA/cm2,开路电压VOC=0.76 V,填充因子FF=0.45,电池光电转化效率PCE=6.54%。
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