【摘 要】
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有机无机杂化钙钛矿太阳能电池（Perovskite solar cells,PSCs）以其高效的光吸收能力、优异的载流子迁移能力和高的光电转化效率（Power Conversion Efficiency,PCE）等特性引起了研究者的广泛关注。自2009年诞生时3.8%的转化效率迅速提升到现在最高25.5%的最高单节电池认证效率。而制备高效率PSCs,除了保证高质量的钙钛矿薄膜外,高致密、光电性能优
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有机无机杂化钙钛矿太阳能电池（Perovskite solar cells,PSCs）以其高效的光吸收能力、优异的载流子迁移能力和高的光电转化效率（Power Conversion Efficiency,PCE）等特性引起了研究者的广泛关注。自2009年诞生时3.8%的转化效率迅速提升到现在最高25.5%的最高单节电池认证效率。而制备高效率PSCs,除了保证高质量的钙钛矿薄膜外,高致密、光电性能优良的电子传输层（Electron Transport Layers,ETLs）也必不可少,ETLs在PSCs中起着传输电子、阻挡空穴、减少电子空穴复合的作用。本文采用射频磁控溅射法在氟掺杂氧化锡（FTO）透明导电玻璃上制备高致密SP-TiO2（Magnetron Sputtering-TiO2）电子传输层,并进一步制备出平面异质结钙钛矿太阳能电池（PSCs）,研究溅射时间、溅射压强、溅射功率以及退火温度对TiO2薄膜微结构、光电性能以及对SP-TiO2基平面异质结钙钛矿太阳能电池的电池性能的影响,并对旋涂法和射频磁控溅射法制备TiO2ETLs进行了比较与讨论。本文主要研究内容如下:（1）采用射频磁控溅射技术在FTO导电玻璃衬底上溅射沉积SP-TiO2薄膜。保持其它工艺参数不变,调控溅射时间（0、15、30、45及60 min）,并在此基础上进一步制备成PSCs。研究溅射时间对TiO2薄膜结构形貌和光电性能的影响,并探究溅射时间对SP-TiO2ETL基PSCs器件性能的影响。结果表明,随着溅射时间的增加,SP-TiO2薄膜厚度相应增加,透过率呈下降趋势,然而45 min溅射时间得到的二氧化钛薄膜的厚度恰好满足透射光干涉加强,其样品达到82.29%的最高透光率。SP-TiO2的方块电阻则随着溅射时间的增加而增加,但薄膜表面电阻的均匀性得到增强。研究发现,溅射45 min后得到的SP-TiO2电子传输层表现出最佳光电性能,其电池光电转换效率达12.70%。（2）调控溅射压（0.3、0.5、0.7、1、3、5、7、9及11 Pa）制备SP-TiO2ETL,并在此基础上进一步制备成PSCs。研究溅射压对SP-TiO2薄膜结构形貌和光电性能的影响,并探究溅射压对SP-TiO2ETL基PSCs器件性能的影响。结果表明随着溅射压的上升,透过率也随之变化,在5 Pa达到78.27%的最高透过率。SP-TiO2薄膜表面粗糙度基于FTO表面且随着溅射压的增加而减小,SP-TiO2薄膜表面方阻则随着溅射压增加而增加。电池器件在溅射压1 Pa时取得12.45%的最佳PCE,Jsc为17.76 m A/cm~2,Voc为1.01 V,FF为67.09%。（3）采用0.5 Pa、150W、45min、8Sccm的参数制备SP-TiO2ETL,改变退火温度（RT、300及500°C）,并在此基础上进一步制备成PSCs。研究退火温度对TiO2薄膜厚度、形貌、光学性能的影响并进一步研究退火温度对SP-TiO2ETL基PSCs器件性能的影响。结果表明,SP-TiO2薄膜透过率随着退火温度的提升而提升,表面平均方块电阻随之下降,禁带宽度则变化不大。而SP-TiO2ETL基PSCs的Voc、FF、PCE均随退火温度的上升而上升,Jsc则表现为先升后降的趋势。电池在0.5 Pa、150 W、8 Sccm、500°C退火30min后取得12.42%的最佳光电转化效率。500°C退火最适合SP-TiO2ETL基PSCs的制备。（4）采用射频磁控溅射法和溶液旋涂法各制备70 nm左右厚度的SP-TiO2和SO-TiO2,通过对两种方法制备薄膜的光电性能和以及后续PSCs的电池器件性能进行对比,探究其内在机理的不同。结果表明SP-TiO2比SO-TiO2与FTO基底之间具有更好的覆盖和结合效果,界面处的孔洞也更少,SP-TiO2的薄膜颗粒小,表面覆盖率高,具有更好的成膜效果;在400-800 nm波长区间内SP-TiO2的平均透过率为76.62%,SO-TiO2的平均透过率为68.74%,SP-TiO2相比SO-TiO2具有更好的光透过性。SP-TiO2制备的器件比SO-TiO2制备的器件具有更低的短路电流密度和更高的开路电压,填充因子和光电转化效率则是SO-TiO2更高。磁控溅射法能制备出适用于高开路电压下的平面型钙钛矿太阳电池的高致密TiO2电子传输层。
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