利用添加剂改善MAPbI3钙钛矿太阳能电池的性能

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最近,以甲胺铅碘为代表的钙钛矿材料因其具有较高的可见光吸收系数和载流子迁移率,以及可通过溶液法制备的特点引起了国内外研究者的高度关注。钙钛矿太阳能电池(PSCs)被认为是最具商业化前景的体系之一,最高的认证效率目前已达到25.2%。电子传输层在抑制器件电荷复合方面起着重要作用。Sn O2材料具有可低温溶液加工性、优异的电子迁移率和良好的可见光透过率,是PSCs中常用的电子传输层材料,其制备工艺及性能对PSCs性能起着重要的作用。利用添加剂工程来提高PSCs的光电转换效率被证明是一种行之有效的方法。本论文主要探究了添加剂对Sn O2电子传输层及PSCs器件的影响,具体的研究内容如下:(1)研究了用水热法和不同分散介质(氨水、水、硫脲)对Sn O2电子传输层光电性能的影响。采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)等手段对Sn O2及正置平面PSCs器件进行了表征。结果表明:以氨水为分散介质制备的Sn O2电子传输层具有更好的电子提取能力和光电性能。同时,对应的器件也展现出了较好的性能(PCE=17.24%,JSC=21.44 m A/cm2,VOC=1.03 V,FF=78.0%),而且该器件几乎不存在磁滞现象。(2)研究了利用二维过渡金属碳化物Ti3C2作为添加剂来调节Sn O2电子传输层的功函数。考察了紫外臭氧处理对Ti3C2和Ti3C2/Sn O2复合电子传输层的功函数的影响规律。采用X射线光电子能谱(XPS)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、接触角分析(CA)、开尔文探针、交流阻抗谱(EIS)等手段对Ti3C2/Sn O2复合电子传输层及正置平面PSCs器件进行了表征。结果表明:基于紫外臭氧处理8 min获得的Ti3C2/Sn O2复合电子传输层的器件展现了更好的性能(PCE=19.56%,JSC=23.11 m A/cm2,VOC=1.02 V,FF=83%)。(3)研究了三乙四胺四盐酸盐(TEAE)添加剂对钙钛矿薄膜形貌及制备的正置平面器件性能的影响。利用SEM、XRD、UV-vis、PL、TRPL、AFM、EIS等测试手段进行分析。结果表明:添加剂可以改善钙钛矿薄膜的成膜质量、降低薄膜的粗糙度,提高薄膜的覆盖率。当TEAE添加剂的体积分数为0.03 vol%时,器件性能最佳(PCE=17.5%,JSC=22.00 m A/cm2,VOC=1.06 V,FF=75.0%)。
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