基于钙钛矿电池在紫外光照下的性能优化及研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:ken_008
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有机无机杂化钙钛矿材料由于其具有消光系数高、载流子扩散长度长、能带可控、合成简易、成本低等独特优势,使得应用这种新型吸光材料的钙钛矿基太阳能电池(PSC)得到了科研人员的广泛关注,其光电转换效率(PCE)达到了23.7%。目前,所有经第三方验证的高效率PSC均采用TiO2为致密层或纳米多孔载体层。大量研究表明太阳光的紫外成分会使这类PSC中钙钛矿材料发生分解,导致PSC的光稳定性降低。然而,目前也有研究指出一定强度紫外照射下的PSC某一光伏性能会提高,但电池最关键的PCE仍然没有得到改善。为了解决上述问题,本文提出了一种新的紫外诱导策略来提升碳基钙钛矿电池的性能:通过低强度紫外光照射碳基钙钛矿电池,在钙钛矿薄膜的晶界处诱导产生PbI2,形成一个晶界钝化的钙钛矿薄膜。电镜照片和XRD测试表明低强度紫外照射在钙钛矿薄膜晶界处诱导产生了PbI2,利用开尔文扫描探针(SKPM)拉曼光谱来测试低强度紫外照射后钙钛矿膜表面电势和元素变化,进一步证明了在钙钛矿膜表面也形成了PbI2。通过对钙钛矿膜进行稳态荧光和时间分辨光致发光谱(TRPL)等测试,证实低强度紫外诱导产生的PbI2对钙钛矿薄晶界起到了钝化作用,有效减少了钙钛矿膜中的非辐射路径,抑制了载流子的复合,促进光生载流子的平衡运输。基于低强度紫外诱导形成的钙钛矿薄膜所制备的碳基无空穴传输层PSC最终获得了高达15.97%的PCE。低强度紫外光照射虽然能够提升碳基PSC性能,但是其不可避免的要在正常太阳光下工作,而太阳光中的紫外光能够导致电池性能衰减。为了解决这一问题,我们在TiO2介孔层和钙钛矿层之间引入了钼掺杂二氧化钛(Mo-TiO2)间隔层。本文采用一锅水热法为碳基钙钛矿电池制备了Mo-TiO2间隔层,通过Mo(VI)和Mo(V)之间的氧化还原梭将紫外光转化为自由电子,导致PSC装置的光稳定性增加。结果,基于Mo-TiO2中间层的PSC器件在分别接受2小时紫外光和1个太阳光照射后显示出22%和23%的PCE增强。而且,与没有Mo-TiO2中间层的PSC器件相比,Mo-TiO2电池器件在1个太阳光照射下的长期(120小时)光稳定性也有很大增强。
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