基于机织物基底的柔性钙钛矿太阳电池研究

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钙钛矿太阳电池是近年来迅速崛起的一种新型太阳电池,因其核心材料有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿CH3NH3PbX3(X=Cl、Br、I)具有极高的吸光系数从而能取得高光电性能而得名。问世以来,提高其光电转换效率(PCE)的研究一直吸引着许多科研人员的关注。其中对CH3NH3PbX3晶体的形貌调控是提高PCE的重要手段之一。在实际的应用中,制备成柔性的器件具有更广阔的应用前景,将器件构筑在织物上制备光伏智能纺织品符合绿色环保的理念,具有现实的研究意义。本文先探讨了钙钛矿太阳电池的性能改性方法,然后制备了一种柔性的导电机织物基底,最后在该柔性基底上制成织物基钙钛矿太阳电池器件。论文主要内容:(1)引入4-叔丁基吡啶(tBP)造孔剂到PbI2溶液中,研究tBP浓度变化对PbI2薄膜造孔效果的影响。多孔的结构有利于将PbI2充分反应成CH3NH3PbI3,且有利于改善晶体形貌。采用了场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X射线衍射(XRD)、原子力显微镜(AFM)和紫外-可见分光光度计(UV-vis)对制备的PBI2-tBP薄膜和CH3NH3PbI3-tBP薄膜进行观察和测试。实验表明,在tBP浓度达到40μl ml-1时,PbI2-tBP薄膜能形成多孔的结构,生成的CH3NH3PbI3-tBP薄膜表面平整,没有多余的PbI2残留,制成器件性能最佳,J-V测试显示PCE达到了7.31%。而且,由于tBP残留在CH3NH3PbI3-tBP薄膜中,tBP分子中的叔丁基团具有一定的疏水性能,使得器件的稳定性也得到进一步提高,保存10天后PCE仍能达到初始PCE的70%左右。(2)制备导电织物基底。由于钙钛矿太阳电池的层状结构,每层的厚度仅几十到几百纳米不等,所以基底的表面粗糙度在很大程度上会影响后续工作的进行。实验使用了脱模法的工艺,制备了织物/聚乙烯醇(PVA)/纳米银线纤维薄膜(AgNWs)导电基底。通过SEM观察表面形貌发现,用脱模法制备的导电织物基底表面形貌平整,无明显的凹凸不平现象。嵌入到PVA中的AgNWs也不会影响薄膜的表面平整性能。旋涂制备在基底上的CH3NH3PbI3-tBP薄膜能完整地覆盖,不会出现分布不匀的情况,并且具有良好的导电性能和透光性能。(3)依据tBP优化器件性能的最佳工艺参数在柔性导电织物基底上制备柔性器件。SEM、XRD和UV-vis结果表明,CH3NH3PbI3-tBP薄膜能很好地制备于导电织物基底上,反应完全,没有多余的PbI2残留,同时形貌同在氧化铟锡导电玻璃(ITO)基底上制备的薄膜相差不大。最终制备的织物基钙钛矿太阳电池器件的PCE为1.21%。
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