论文部分内容阅读
近几年,有机无机杂化钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)得到飞速的发展,主要得益于有机无机杂化钙钛矿材料优异的光电性能。在短短的十几年时间内,其光电转换效率(Photoel ectri c conver si on efficiency,PCE)从2009年的3.8%,到现在达到了 25.2%。PSCs通常采用由FTO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极叠加一起形成层状结构。而电子传输层在其中起到非常重要的作用,主要用来传输电子,并防止电子与空穴发生复合造成电流损失。最开始是使用TiO2作为电子传输层,但是由于ZnO具有比TiO2高的电子迁移率和透光率,因而得到科学家的广泛关注。本文主要研究了基于ZnO作为电子传输层的PSCs,并采用了 SEM、AFM、PL等手段对电池进行了表征,测试了不同实验条件下电池的光电性能。主要的实验内容和结果如下:(1)采用溶胶-凝胶法制备了 ZnO薄膜,并将其作为PSCs的电子传输层,研究了 ZnO薄膜的制备工艺以及钙钛矿层的退火温度对PSCs性能的影响。首先,制备了不同浓度的ZnO前驱体溶液,探究不同浓度的ZnO溶液对电池性能的影响。然后,通过改变旋涂的次数来调控ZnO薄膜的厚度以探究ZnO薄膜的厚度对电池性能的影响。最后,通过调节钙钛矿退火的温度来探究在不同的退火温度对电池性能的影响,从而得到了最佳的纯ZnO基PSCs的制备工艺。当ZnO溶液浓度为0.6 mol/L,厚度大约80nm-90nm,钙钛矿层的退火温度在70℃时,电池的性能最好,其PCE为6.92%。(2)ZnO薄膜表面进行改性或修饰对PSCs性能的影响。依次研究了氨水蒸汽热法处理ZnO薄膜、CTAB以及MgO涂覆对ZnO进行界面修饰。氨水蒸汽热处理法分别对氨水的用量和蒸氨的时间进行了探究。当氨水的量为100μL,蒸氨时间为30min时,电池性能最好,其PCE为10.26%。对CTAB的浓度以及CTAB修饰以后的钙钛矿层的退火温度进行了探究。得出了在CTAB浓度为0.01 mol/L,退火温度为70℃时,电池性能最好,其PCE为10.11%。对MgO溶液的浓度以及修饰以后的钙钛矿层的退火温度进行了探究。结果表明在MgO浓度为0.1 mol/L,退火温度为70℃时,电池的性能最好,其PCE为12.04%。(3)复合双电子传输层的结构对PSCs性能的影响。分别采用SnO2、TiO2与ZnO进行组合,形成ZnO/TiO2、ZnO/SnO2复合双电子传输层结构。通过改变旋涂的次数来调控薄膜厚度,ZnO/TiO2体系中进行了 ZnO(1)/TiO2(1)和ZnO(2)/TiO2(1)的探究,得出了 ZnO(1)/TiO2(1)体系电池性能最好,其PCE为11.83%。ZnO/SnO2体系中进行了 ZnO(1)/SnO2(1)和ZnO(2)/SnO2(1)的探究,得出了 ZnO(1)/SnO2(1)体系的电池性能最佳,其PCE为11.33%。