论文部分内容阅读
目前,以有机-无机杂化钙钛矿材料作为吸光层的钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)的光电转换效率(PCE)已经达到25.2%。钙钛矿材料具有吸光系数高、载流子迁移率高、激子束缚能较小、可进行溶液加工等优点。但在步入产业化的进程中,钙钛矿太阳能电池的电池效率和稳定性还需要进一步提高。本文以氧化钛基,氧化镍基钙钛矿太阳能电池为研究对象,通过界面修饰技术和掺杂技术优化电池性能,提高钙钛矿薄膜的成膜质量,电池载流子传输和收集能力,有效提高了钙钛矿电池的效率和稳定性,主要研究内容如下:1.将聚(9-乙烯咔唑)(poly(9-vinylcarbazole,PVC)的P型聚合物旋涂于介观层TiO2电子传输层和钙钛矿层间。借助PVC聚合物大能带隙、疏水性和N原子钝化等综合作用,PVC修饰TiO2电子传输层和钙钛矿层界面,能明显提高钙钛矿层结晶性和致密性,钝化TiO2/钙钛矿界面、提高界面疏水性能,阻挡空穴载流子在TiO2/钙钛矿界面处聚集,抑制载流子复合,提高载流子迁移和提取能力。因此,PVC修饰的钙钛矿太阳能电池(PSCs)获得19.02%效率,高于未修饰电池效率(16.09%)。在未封装,相对湿度为15%的条件下放置30天,PVC修饰的钙钛矿电池仍保持初始效率的55%,而没有PVC修饰的电池只有初始效率的20%。这表明利用PVC修饰TiO2/钙钛矿界面,能有效提高钙钛矿电池效率和稳定性。2.将二茂铁衍生物二茂铁二甲酸(Ferrocenecarboxylic acid,FDA)加入氯苯中,作一步法制备钙钛矿薄膜的反溶剂,参与调控钙钛矿晶粒生长过程。FDA修饰后的钙钛矿层薄膜结晶性更好,载流子传输效率更高,因此FDA修饰过的氧化镍基钙钛矿电池效率为18.34%,优于参照电池效率(17.12%)。FDA修饰的钙钛矿薄膜在紫外灯照射10 h下后,其光吸收能力强于参照钙钛矿薄膜,表明FDA修饰钙钛矿有助于提高耐紫外性。此外,在25℃,相对湿度为15%的条件下放置30天,未封装的FDA修饰PSCs电池仍保持初始效率的78%,而参照电池仅保持初始效率的60%,这表明FDA修饰钙钛矿有助于增强电池耐湿性。