全无机CsPbIBr2钙钛矿平面异质结太阳电池研究

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近年,钙钛矿太阳电池的研究飞速发展,2019年有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的能量转换效率(PCE)已经达到24.2%。但是对于进一步实现商业化应用而言,有机-无机杂化钙钛矿依然存在稳定性较差的缺陷,针对这一问题无机钙钛矿的概念受到研究者的广泛关注,用无机阳离子替代原有有机离子来避免钙钛矿材料对于环境因素的不稳定性。虽然近几年全无机钙钛矿太阳电池薄膜特性及器件性能研究更为广泛和深入,但是与杂化钙钛矿及单晶硅电池相比,器件的效率值依旧相差甚远。同时,全无机钙钛矿薄膜的淀积退火温度普遍较高(约300°C),此温度会产生额外的能量损耗,且不适应钙钛矿太阳电池的后续商业化应用。因此,针对这两个仍需解决的问题,本论文专注于CsPbIBr2无机钙钛矿材料,基于碳基全无机平面异质结太阳电池结构深入研究,主要提出一些简便的优化处理方法提高薄膜质量提升电池性能,同时探索降低器件制备温度的方法。1)探索CsPbIBr2无机钙钛矿薄膜的制备工艺,使用简单的一步溶剂法制备稳定的CsPbIBr2钙钛矿薄膜。利用得到的薄膜初步制备正向全无机平面异质结太阳电池器件,无任何处理的CsPbIBr2太阳电池的性能能够达到同期同种材料薄膜电池的平均值,能量转换效率为4.85%。2)在一步溶剂法中,利用中间相分子交换法制备高质量的CsPbIBr2薄膜,相应碳基全无机钙钛矿太阳电池效率取得超过60%的提升,高达9.16%,开路电压、填充因子等参数也有改善,性能为同期CsPbIBr2平面结构电池的最优值。3)提出光照辅助薄膜结晶的方法,制备光电特性优异的全覆盖、高结晶CsPbIBr2薄膜,使光电压值显著增大,器件开路电压(Voc)高达1.283 V,短路电流密度(Jsc)和填充因子值分别为11.17 mA/cm2和0.66,能量转换效率可达8.60%。4)初步探究全无机CsPbIBr2太阳电池的低温制备方法,发现通过对CsPbIBr2前驱体溶液进行老化处理后,薄膜退火温度降至100°C,在减少工艺成本的基础上小幅度提升器件性能。
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