【摘 要】
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钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PeSCs)因其制备工艺简单、成本低廉、可制备柔性器件且光电转换效率高等优势而越来越受到重视。PeSCs分平面型和介孔型两种结构电
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钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PeSCs)因其制备工艺简单、成本低廉、可制备柔性器件且光电转换效率高等优势而越来越受到重视。PeSCs分平面型和介孔型两种结构电池。相比介观结构电池,平面型PeSCs电池制备工艺相对简单且更适合低温工艺制备等优势。典型的平面型PeSCs空穴传输层材料有(hole transport layer,HTL)材料有聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-polystyrenesulfonate,PEDOT:PSS)和氧化镍(nickel oxide,NiO_x)等,我们分别对PEDOT:PSS和NiOx空穴传输层的界面进行修饰,以提高其PeSCs电池性能。(1)使用氧化石墨烯(graphene oxide,GO)溶液修饰PEDOT:PSS空穴传输层。优化的GO溶液浓度(0.03mg/ml)修饰PEDOT:PSS空穴传输层可有效地降低钙钛矿与PEDOT:PSS层之间的接触势垒,提高钙钛矿前驱液与空穴层之间的浸润性,改善钙钛矿的结晶性,减少了载流子复合。GO修饰过程中的乙醇溶液能使PEDOT:PSS层表面的亲水PSS相部分去除,有助于提升电池稳定性。基于GO修饰后的PeSCs电池光电转换效率提升至15.34%,相比未修饰的参考PeSCs电池(11.90%),效率提高了28.9%,其电池效率分布集中,表现出更好的重复性。同时,经GO修饰的未封装PeSCs在空气中存放39天后依旧保持了初始效率的83.5%,相比于参考电池(60%),稳定性有较明显提升。(2)NiO_x无机空穴材料因其化学稳定性好、与钙钛矿能级匹配等优势,被认为是一种性能良好的钙钛矿电池的空穴传输型材料。但是NiO_x自身导电性较差,表面缺陷多,导致电池串联电阻大和载流子复合高,使得电池短路电流和填充因子偏低,效率低等问题。采用二茂铁二甲酸(Ferrocenedicarboxylic acid,FDA)修饰NiO_x层表面可提高NiOx导电性和钝化表面缺陷等作用,从而提高了NiOx空穴传输和收集能力和减少载流子复合;FDA修饰NiO_x层还具有改善钙钛矿结晶性的作用。经FDA修饰后,PeSCs电池PCE达到18.20%,相较于未经FDA修饰的参考电池(15.13%)提高了20%。同时,经FDA修饰的未封装的PeSCs电池经紫外光照射24小时后,仍然保持了49.8%的原始效率,相比于未修饰的参考电池(3.8%),其耐紫外性能显著提升。另外,将FDA用于修饰PCBM电子传输层与钙钛矿层的界面,其电池效率为16.62%。这表明FDA具有修饰空穴传输层和电子传输层的双层功能。
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