论文部分内容阅读
经济社会的高速发展对能源的需求日益加剧,传统能源越来越难以满足生产生活的需求。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源引起人们的广泛关注。钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其制备工艺简单、制造成本低、光电转换效率(PCE)高成为第三代太阳能电池的后起之秀,但钙钛矿太阳能电池仍然存在稳定性差、界面复合高等问题。本文主要围绕降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度、抑制载流子复合、优化钙钛矿层和空穴传输层的界面等方面展开研究,通过替换双三氟甲基磺酰亚胺锂(LiTFSI)的溶剂乙腈(ACN)、引入环己甲胺(CMA)钝化钙钛矿缺陷和利用环己甲胺碘盐(CMAI)制备2D/3D复合钙钛矿来提高器件的性能,主要的研究内容如下:(1)常用的空穴传输材料是spiro-OMeTAD,但其无法直接应用于PSCs,需要添加LiTFSI和4-叔丁基吡啶(TBP)作为添加剂改善其性能。但LiTFSI的溶剂ACN是一种极性溶剂,会对钙钛矿层造成破坏,影响器件的性能。我们将ACN替换成极性更小的醇类,以此来减小spiro-OMeTAD中的极性溶剂对钙钛矿层的破坏作用。研究发现,当我们将ACN替换成异丙醇(IPA)时,钙钛矿薄膜的质量更高,载流子复合和缺陷态密度都有所降低,最终取得了19.43%的PCE。(2)我们在钙钛矿薄膜表面旋涂CMA溶液,研究发现CMA会与钙钛矿表面的碘化铅(PbI2)反应,剩余的PbI2分布在钙钛矿的晶界处,钝化钙钛矿表面的缺陷,降低薄膜的缺陷态密度,抑制载流子复合。相比于空白器件,钝化后的器件的开路电压(VOC)有显著提升,PCE由18.49%提高到20.30%。此外,钝化后的器件的稳定性也有明显提升,在空气中(30±5%RH%,25℃)放置45天仍能保持其初始效率的87.27%。(3)我们在3D钙钛矿薄膜表面旋涂CMAI溶液,研究发现CMAI会与3D钙钛矿表面的PbI2反应,原位生成2D钙钛矿CMA2PbI4。2D钙钛矿能够均匀覆盖在3D钙钛矿上,形成2D/3D复合钙钛矿薄膜。一方面,2D钙钛矿覆盖层可以充当3D钙钛矿薄膜的钝化层,钝化薄膜表面的缺陷,降低缺陷态密度,抑制载流子复合。相比于3D器件,2D/3D复合器件的PCE由18.76%提升至21.05%,且没有明显迟滞;另一方面,得益于2D钙钛矿覆盖层优良的疏水性,2D/3D复合器件的稳定性有显著的提升,在空气中(30±5%RH%,25℃)放置52天仍能保持其原有效率的80.77%。