新型有机小分子空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

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作者屈迹霜
来源大连理工大学
出版年2019
摘要
自2009年钙钛矿材料首次作为感光材料用于太阳能电池以来,其效率在短短几年内已经突破了24%。钙钛矿太阳能电池具有较宽的吸光光谱、较高的载流子迁移率、工艺简便、成本低廉等优点,表现出极强的发展前景。空穴传输层对钙钛矿太阳能电池效率提升有着至关重要的影响,性能优异的空穴传输层对于光生空穴的提取和传递具有明显的提升作用,可以有效的提高电池的能量转换效率与器件的稳定性,同时,空穴传输材料还会显著影响器件的成本。因此,新型空穴传输材料的制备与应用研究是钙钛矿太阳能电池的重要研究方向。本文主要对新型有机小分子空穴传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用进行了研究。首先,针对传统小分子空穴传输材料Spiro-OMeTAD成本较高以及其使用Li-TFSI进行掺杂带来的稳定性差等问题,本论文使用了新型简易合成空穴传输材料X60作为空穴传输层并通过其本体二价盐X60(TFSI)2进行定量混合的方式制备了高效稳定的钙钛矿太阳能电池。研究发现,X60(TFSI)2的添加比例与空穴传输层的电导率成正比,当添加比例达到16%时,薄膜电导率达到了4.32×10-44 S?cm-1,电池得到了最高的19%的能量转化效率。同时由于未使用吸湿性的锂盐作为添加剂,空穴传输层对水的接触角大于90°,表现出更加优异的稳定性。同时,本文对比研究了有机小分子材料BDT0FMeDPA以及其氟化改性后的材料BDT2FMeDPA作为空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的性能差异。通过研究发现在分子上引入强电负性的氟原子后,空穴传输层的电导率与电荷迁移率均提升了约3.5倍,表现出更优良的空穴传输能力,有利于电荷的收集,有效增强了光电流。未掺杂时,氟化材料BDT2FMeDPA的最高效率达到了14.5%,高于未氟化材料的11.3%,同时由于氟原子的引入,空穴传输层对水的接触角进一步的增大,电池表现出了优异的稳定性。研究表明在有机小分子中引入氟原子能有效提高材料的电荷传输性能,是制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的一个重要方向。

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