【摘 要】
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目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率发展迅速,并且由于其工艺简单、成本低和光电性能优异等特点引起了众多太阳能电池科研工作者的研究热情。传统的钙钛矿太阳能电池的光吸收层材料为甲基碘化铅铵（CH3NH3Pb I3）,由于其固有带隙只能吸收780 nm以下可见光,对占据太阳光光谱43%的红外光无法进行有效的利用,影响了钙钛矿太阳能电池光电性能的进一步提升。为了克服这个缺陷,我们设计并制备了具有荧光增强效应
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目前钙钛矿太阳能电池的光电转换效率发展迅速,并且由于其工艺简单、成本低和光电性能优异等特点引起了众多太阳能电池科研工作者的研究热情。传统的钙钛矿太阳能电池的光吸收层材料为甲基碘化铅铵（CH3NH3Pb I3）,由于其固有带隙只能吸收780 nm以下可见光,对占据太阳光光谱43%的红外光无法进行有效的利用,影响了钙钛矿太阳能电池光电性能的进一步提升。为了克服这个缺陷,我们设计并制备了具有荧光增强效应的纳米材料Ag@NaYF4:Yb3+@NaYF4:Yb3+,Er3+（Ag@NY@NYE）,并组装至钙钛矿太阳能电池中。上转换材料掺入TiO2电子传输层形成的复合薄膜可以使光电池间接利用红外光,拓宽光谱吸收范围,从而提高光子的吸收量。这为扩展钙钛矿太阳能电池的光谱响应范围提供了一种新的可能途径。本文具体的研究内容和结论如下:（1）采用水热法分别制备了具有不同中间隔层NaYF4厚度的Ag@NaYF4@NaYF4:Yb3+,Er3+上转换纳米粒子。研究结果表明NaYF4中间隔层可以有效防止发光中心与Ag表面直接接触,减少非辐射弛豫。当中间层反应时间达到5 h时,Ag@NaYF4@NaYF4:Yb3+,Er3+的发光强度达到最优。相比于没有中间层的粒子,其绿色上转换荧光强度增强了4.76倍,红色上转换荧光强度增强了4.4倍。这个结果表明了Ag等离子体共振效应对上转换荧光强度的调控作用可以通过调节中间层厚度来实现。（2）将制备出的具有最佳中间壳层厚度的Ag@NaYF4@NaYF4:Yb3+,Er3+和TiO2介孔浆料按质量比0-5 wt%混合制备出复合介孔电子传输层,并应用到CH3NH3Pb I3钙钛矿太阳能电池中。研究表明当Ag@NaYF4@NaYF4:Yb3+,Er3+的掺杂比为3 wt%时,钙钛矿太阳能电池具有12.63%的光电转换效率,和基于纯TiO2介孔层的钙钛矿太阳能电池相比提升了23%。这说明基于上转换材料复合介孔电子传输层可以提高钙钛矿太阳能电池的光电性能,而Ag具有等离子体荧光增强效应和光散射效应,可以进一步提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。钙钛矿太阳能电池光电性能的提高可归因于上转换荧光材料带来的上转换荧光、光散射效应、低界面复合损耗和快速的电荷传输速率。（3）制备出具有不同中间层Yb3+掺杂浓度的上转换纳米材料Ag@NY@NYE,结果表明当Yb3+掺杂浓度为15%时粒子具有最佳的上转换荧光性能。再将Ag@NY@NYE纳米粒子和TiO2介孔浆料按质量比0-5 wt%混合制备出复合介孔电子传输层,通过优化掺杂浓度比制备出最佳性能的钙钛矿太阳能电池。当掺入质量比为3 wt%时,钙钛矿太阳能电池具有最大的光电转换效率,达到13.65%,比基于未掺杂的正常电池高了29.6%。通过Ag的等离子体共振效应和中间活性层的协同作用对NaYF4:Yb3+,Er3+上转换荧光性能的增强,将钙钛矿太阳能电池的光谱响应范围拓宽至近红外区域,并进一步提高电池的光电性能。
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