论文部分内容阅读
钙钛矿太阳能电池(PSCs)的效率屡创新高,目前单节钙钛矿太阳能电池的最高效率已接近商用单晶硅薄膜太阳能电池的效率值。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率很好,但迄今为止稳定性还不太理想,除了外界诸多如湿热等因素影响外,钙钛矿材料中的I-离子可能对稳定性有些负面影响。基于上述问题的考虑,本文从钙钛矿材料本身出发,设计器件结构,利用溶剂工程、带隙工程、溶液中分子内交换反应等方法制备平整均一且质量高的钙钛矿薄膜,并成功制备出类卤素(SCN-)基钙钛矿太阳能电池:FAPb(SCN)2I、FA0.98K0.02Pb(SCN)2I基无空穴传输层钙钛矿太阳能电池,CsPb(SCN)I2基全无机钙钛矿太阳能电池。此外,将酞菁镁(MgPc)用作钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料(HTM),获得了高效率、高稳定性的碳基钙钛矿太阳能电池。本论文取得的主要研究成果简要如下:1)使用两个类卤素硫氰酸根离子(SCN-)代替甲脒卤化铅(FAPbX3,X=Cl,Br,I)中的两个碘离子,得到FAPb(SCN)2I钙钛矿材料用作太阳能电池中的活性吸收材料,与刮涂法制作的碳电极组成的钙钛矿太阳能电池表现出优异的光伏性能和对湿和热的良好稳定性。此外,在此基础上开发了 一种新的混合FA+/K+钙钛矿材料FA0.98K0.02Pb(SCN)2I,具有1.51 eV的适当带隙和近红外光吸收,在没有控制环境湿度的空气中制备。基于碳电极的FA0.98K0.02Pb(SCN)2I无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池表现出优异的光电转换效率(PCE)高达13.39%。重要的是,基于FA0.98K0.02Pb(SCN)2I的PSC在100℃下持续热处理1020小时仅出现12%的PCE损失,表现出良好的长期稳定性。此外,基于FA0.98K0.02Pb(SCN)2I薄膜的太阳能电池表现出良好的耐热性和耐湿性。该工作有助于解决关于钙钛矿材料本身的热和水分不稳定性等棘手问题,并且是朝着实现高效和稳定的钙钛矿太阳能电池迈出的一步,以用于进一步的研究和实际化应用。2)探索将酞菁镁(MgPc)作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层材料,获得了高效率、高稳定性的碳基钙钛矿太阳能电池器件。在超过2100小时的100℃连续加热条件下,基于MgPc作HTM的钙钛矿太阳能电池的PCE没有衰减,展现出了极好的稳定性。此外,MgPc作为空穴传输层材料不需要额外的锂盐等添加剂,空穴迁移率高、用法简单、操作简便且原料相比于Spiro-OMeTAD廉价更易获取。为钙钛矿太阳能电池新型空穴传输层材料的探索做出了努力。3)在无机钙钛矿材料中,用一个类卤素SCN-替换CsPbI3中的一个碘离子,得到CsPb(SCN)I2无机钙钛矿材料,用碳电极作为钙钛矿太阳能电池的背电极同时充当空穴传输层材料,制作了 CsPb(SCN)I2的碳基全无机钙钛矿太阳能电池,拥有和CsPbI3相近的带隙1.73 eV,同时拥有高效率和更好的稳定性。为新型无机钙钛矿材料的探索提供了新的思路和方向,同时为制备出更高效和稳定的全无机钙钛矿太阳能电池奠定了基础。