基于新型空穴传输材料制备高效钙钛矿太阳能电池的研究

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作者徐景
来源哈尔滨工业大学
出版年2020
摘要
钙钛矿太阳能电池在近10年的发展十分迅速,器件效率逐步接近理论极限。而电池的环境稳定性问题依然存在,其稳定性问题有很大的原因来自于空穴传输材料。针对目前钙钛矿太阳能电池中空穴传输材料稳定性差,制备昂贵的问题,本文旨在利用两种合成方法简便,成本低廉的有机小分子空穴传输材料替换掉传统的聚三苯胺(polytriphenylamine,PTAA)材料。为了制备基于新型空穴传输材料的高效率太阳能电池,本文首先制备了经典的平面反型钙钛矿太阳能电池,并优化了器件参数。器件空穴传输层为PTAA,器件结构为透明导电电极ITO/空穴传输层PTAA/钙钛矿层/电子传输层PC61BM/乙酰丙酮锆/银。通过对器件进行优化,包括PTAA浓度,钙钛矿的组分、掺杂比例和缓冲层的添加,最终得到了效率高达19.08%的标准对照器件。本文报道了两种廉价的新型空穴传输材料,并探索了它们在钙钛矿太阳能电池中的应用。首先测试了两种新材料的性质,包括它们的溶解性,浸润性,热稳定性和电化学性质。探究材料分子结构的差异与材料性质之间的关系,并分析它们作为空穴传输层与钙钛矿层的能级匹配性。通过对器件和钙钛矿薄膜的分析,我们得到了两种材料影响器件的主要原因,体现在空穴传输层与钙钛矿界面处的缺陷浓度。结果表明本文所使用的一种空穴传输材料与钙钛矿层之间具有更好的界面接触,界面缺陷浓度也较低。将两种材料应用于平面反型钙钛矿太阳能电池中,通过空穴传输材料退火温度的优化,我们得到了效率高达18.4%的器件,和相同试验条件下含有PTAA的器件效率接近。本研究表明这两种新型空穴传输材料都具有替换PTAA的商业化潜力,为钙钛矿太阳能电池新型空穴传输材料的分子设计提供了理论依据。

@ 2023 版权所有 中国地质图书馆 (中国地质调查局地学文献中心)

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