钙钛矿太阳能电池的新型无机空穴传输层研究

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最近几年,随着对太阳光这种清洁能源的关注度的提升,钙钛矿太阳能电池的研究也经历了一个快速的发展,使其转换效率不断提升。平面异质结型钙钛矿太阳能电池具有可低温制备和制备过程简单等优点,并且便于应用于柔性化器件的制备。这些特性使其吸引了大批研究者的关注。本文的电池结构是基于反式平面异质结型结构,为ITO/HTL/Perovskite/PCBM/BCP/Ag结构。在这种结构中空穴传输层对电池性能具有重要影响。本文通过使用具有高空穴迁移率、宽带隙和价格便宜等优点的无机空穴传输材料作为HTL,探索了无机材料对活性层成膜的影响,以及材料的界面缺陷对电池性能的影响等。主要研究内容及结果如下:(1)通过比较两步溶液法、一步DMF溶剂法和一步DMF&DMSO溶剂法制备的活性层的形貌等,我们发现两步法制备的活性层不够致密并且存在缺陷。通过改用一部法能够显著的提升活性层的平整度和致密性。DMSO的加入能够减缓活性层的成膜速率,使得到的活性层更加致密平整,得到了11.45%的转换效率。通过调节PCBM的厚度来优化电池的迟滞效应。当PCBM较薄时,其不能完全覆盖活性层表面,存在漏电流,并且会产生电荷在界面的积聚。通过增厚PCBM能够使等效电容面积接近于器件的面积,减少电荷的积累从而消除迟滞效应。但是过厚的PCBM也会导致串联电阻的增大,使电池效率减小。(2)通过使用Cu I、MoOx和Cu2O作为空穴传输层应用在电池中。使用溶液旋涂法和真空蒸镀法制备CuI,使用真空蒸镀法和磁控溅射法制备了MoOx,使用溶液旋涂法和磁控溅射法制备Cu2O。通过使用各种方法制备的无机薄膜作为HTL,以期能够得到更好的器件性能。分析其对活性层成膜的影响以及界面存在的缺陷,发现单一无机空穴传输层容易使制备的活性层存在缺陷,并且他们之间的界面缺陷也会影响载流子的输运。(3)通过在无机空穴传输层上淀积一层PEDOT:PSS得到CuI/PEDOT:PSS、MoOx/PEDOT:PSS和Cu2O/PEDOT:PSS双空穴传输层。通过优化空穴传输层与活性层的接触,得到了较好的活性层形貌。并且能够部分的减少界面缺陷,提高了电池效率,得到的最优转换效率为15.48%。本论文主要研究了无机空穴传输层的能级、界面接触以及各层之间的界面缺陷对提高电池性能的影响。对使用无机HTL提高钙钛矿太阳能电池的性能具有一定的借鉴意义。
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