环境友好型卤化物钙钛矿太阳能电池的研究

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近年来,ABX3型卤化物钙钛矿材料具有较高的光吸收系数以及较长的载流子寿命,这引起了科研人员和企业研发人员的广泛关注。ABX3型钙钛矿太阳能电池的光电转换效率,在十年左右的时间内,已经由最初的3.8%提升到可以与目前商业化硅基太阳能电池以及薄膜太阳能电池相抗衡的水平(如Cu(In Ga)(Se,S)2和Cd Te等)相抗衡的水平,是当前太阳能电池研究的前沿和热点之一。然而,这类太阳能电池的研发,普遍面临含毒性元素Pb和稳定性差等问题,极大地阻碍了钙钛矿太阳能电池商业化应用进程。因此,发展新型环保高效钙钛矿太阳能电池显得极其重要。本工作致力于探索新型环境友好型全无机卤化物钙钛矿太阳能电池及其新材料——主要研究内容和结果如下:(1)采用Sn元素部分替代CsPbI3中的Pb元素,制备了少铅的Cs SnxPb1-xI3全无机钙钛矿太阳能电池。一方面,采用Sn元素部分替代Pb元素的钛矿材料更加环保;另一方面,采用Cs离子替代易挥发的有机离子(如MA离子)形成全无机钙钛矿太阳能新材料,有望提高钙钛矿材料的稳定性。通过对Cs SnxPb1-xI3钙钛矿的组分调节,可以有效地调节材料的光学带隙,实验表明,当x=0.3时,可以获得单结太阳能电池材料的理想光学带隙(?1.34e V),且钙钛矿具有较好的稳定性。采用Cs Sn0.3Pb0.7I3钙钛矿材料制备的倒置平面结构(ITO/PEDOT:PSS/PVK/PCBM/BCP/Ag)的太阳能电池,其最高光电转换效率可达9.41%。(2)基于CsSn0.3Pb0.7I3材料的钙钛矿太阳能电池,虽然具有较高的光电转换效率,但器件存在较严重的迟滞现象。前期研究表明,空穴传输层可能会引起此类现象。因此,探索去除该器件结构中的PEDOT:PSS空穴传输层,制备了基于Cs Sn0.3Pb0.7I3的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池。研究结果表明,无空穴传输层器件的迟滞现象明显得到改善,且器件具有优异的光电性能以及在手套箱中良好的光稳定性。
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