基于钙钛矿的全固态太阳电池的制备与性能研究摘要
发展太阳电池是缓解能源危机的有效途径之一。目前,在光伏器件领域,钙钛矿太阳电池的研究十分活跃。探索合适的工艺,实现大面积和稳定的钙钛矿薄膜制备,提高器件的稳定性,是当前钙钛矿电池研究的重要内容。另外,开发制备简单、成本低、环境友好、空穴迁移率高的空穴传输材料对于全固态太阳电池具有重要的意义。基于以上背景,本文进行了以下两方面的研究工作。首先,将电化学沉积方法与铅钙钛矿薄膜的制备相结合,实现了钙钛矿太阳电池中高质量钙钛矿薄膜的原位制备。首先,在多孔二氧化钛(TiO2)薄膜上通过电化学方法沉积氧化铅(PbO),然后将其与碘单质作用转化为碘化铅(PbI2),再与甲胺基碘化物(CH3NH3I)反应原位制备了钙钛矿(CH3NH3PbI3)。实验结果表明,电化学沉积方法可实现PbO在多孔TiO2薄膜表面及内部高覆盖地沉积,且通过调节PbO电化学沉积的时间可控制PbI2在TiO2薄膜上的覆盖度;使用电化学沉积方法原位制备的钙钛矿薄膜展示出优异光电性能,器件光电效率达到了12.5%,且具有更高的重现性。其次,制备了两种二维层状铜钙钛矿p-F-C6H5C2H4-NH3)2-CuBr4(P1)、(CH3(CH2)3NH3)2-CuBr4(P2),作为空穴传输材料,首次应用于N719敏化的全固态太阳电池上。研究发现,将溴化铜分别与相应的有机胺溴化物以1:2的摩尔比溶解于乙醇中,得到P1、P2的前驱体溶液;通过前驱体溶液旋涂得到的薄膜与P1、P2溶液旋涂得到的薄膜组成结构相同,暗示P1、P2薄膜可以直接通过它们的前驱体溶液旋涂获得。另外,使用三氟甲磺酰亚胺锂盐(Li-TFSI)和叔丁基吡啶(TBP)对P1、P2进行掺杂,发现掺杂后器件的光电性能明显得到改善;对掺杂前后的器件进行阻抗分析,结果表明Li-TFSI和TBP的掺杂可提高P1、P2的空穴电导率,改善电荷转移;掺杂后基于P1、P2的器件分别获得了0.50%和0.56%的效率。
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