钙钛矿太阳能电池界面及稳定性研究

来源 :电子科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myhululu
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
钙钛矿太阳能电池(PSCs)以其高光电转换效率(PCE)、高缺陷耐受性和易于制备等优点受到研究者广泛关注。PSCs的电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层主要通过逐层方式沉积,层间界面不可避免地成为缺陷富集地,极大地影响着PSCs效率、稳定性和迟滞等性质。因此,开展PSCs相关界面的研究对于促进其性能改善和器件应用具有重要的科学意义和价值。基于此,本论文对PSCs相关界面进行了详细研究,具体包括电子传输层/钙钛矿层界面修饰研究和其界面诱导实现新型相分离制备方法以及空穴传输层掺杂剂对钙钛矿/空穴传输层界面的影响。研究内容与研究结果如下:利用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐离子液体(ICL)改善PCBM/钙钛矿层界面,研究了其对界面能级结构和光伏性能的影响。结果表明,ICL改善的PCBM表面具有更低的功函数,使得电子易于在该界面传输。此外,ICL接触的钙钛矿薄膜具有一定程度的向下能带弯曲,加快了载流子在电子传输层/钙钛矿层的界面传输。同时,由于界面离子相互作用,抑制了钙钛矿离子在界面的迁移。最终,基于ICL的PSC相比于参比PSC获得了更优的PCE(20.88%)。此外,ICL修饰的PSC具有更高的稳定性,在空气中老化60天后依旧保持原有效率的88%。利用物质的表面能和相互作用差异,在Cs F:PCBM混合溶液中实现了相分离掺杂(PSD)并构建了ITO与钙钛矿之间地能级桥梁。研究表明,极性的n型掺杂剂Cs F在非极性的PCBM中易发生垂直相分离,致使掺杂剂在底部界面(ITO)富集而PCBM则趋向于薄膜表面,从而实现对PCBM垂直方向上的梯度掺杂。梯度的能级桥梁有助于光生电子传输至ITO电极,同时与钙钛矿薄膜下界面接触的Cs F能够有效地钝化钙钛矿表面缺陷态。最终,基于相分离掺杂的PSC具有更高的PCE(20.96%)和更优的稳定性(空气中老化60天后依旧保持原有效率的89%)。受相分离原理启发,进一步开发了界面诱导溶液原位相分离的方法一步同时制备了钙钛矿/空穴传输层两层结构。具体地,通过聚乙烯亚胺(PEI)修饰Ti O2电子传输层,提升其表面能及其对钙钛矿材料离子组分的相互作用,最后通过覆-揭膜的方式在钙钛矿材料(MAPb I3)和空穴传输材料(Spiro-OMe TAD)的混合前驱液中原位制备了钙钛矿层与空穴传输层的相分离薄膜。研究发现,原位生长的相分离薄膜中空穴传输材料可包覆钙钛矿晶体,有利于阻挡外界水汽,提高相应PSCs的稳定性,同时极大地简化了器件制备流程。基于相分离薄膜的PSC获得了10.93%的效率。钙钛矿/空穴传输层界面对PSCs的稳定性起着至关重要的作用。因此,进一步开发了一种疏水的PTAA空穴掺杂剂(DIC-PBA)应用于PSCs并研究了不同掺杂剂(DIC-PBA和Li-TFSI)在钙钛矿/空穴传输层界面的优先取向,探讨了掺杂剂取向对钙钛矿表面能带弯曲的影响。结果表明,DIC-PBA掺杂剂的阴离子更靠近钙钛矿薄膜表面,而在Li-TFSI中阴离子的优先取向则不明显,因此导致不同掺杂剂的钙钛矿薄膜表面具有不同程度的能带弯曲,进而改变了界面电荷传输效率。最终基于DIC-PBA掺杂剂的PSCs获得了22.13%的效率。此外,由于DIC-PBA相比于Li-TFSI具有更强的疏水性和更大的范德华半径,使得基于DIC-PBA的PSCs具有更高的湿度稳定性和热稳定性(空气中老化50天后,保持原始效率的90%;在N2条件下85℃加热180小时后,保持原始效率的97%)。
其他文献
空间电磁场是指分布于空间中且忽略时间因子后的稳态或准稳态电磁场。传统的空间电磁场分布调控侧重于远场区的波束方向图赋形。然而随着电磁理论与技术的不断发展,以局域微波热疗、近场成像、近场无线输能等为代表的应用场景,不再侧重对角度域波束进行控制,而是希望在任意给定目标区域内对电磁场的空间分布进行精细化调控,从而更为准确地实现能量传递或信息获取。尽管目前已经有诸如近场聚焦、平面波综合等专门类型的电磁场赋形
湿地是地球上生产力最高的生态系统之一,为生物圈和人类社会提供了一系列必不可少的生态服务功能。然而,当前湿地却面临着来自气候变化和人类活动的双重胁迫,导致了天然湿地的严重退化和萎缩,这使得针对湿地未来气候风险的评估研究以及相应的适应性管理策略的制定迫在眉睫。明确不同类型环境因子如何影响湿地物种的生境适宜性是制定科学湿地管理策略的首要前提,能够为气候变化下优先保护物种和区域的选取提供科学指导。生态位模
高压BCD(Bipolar-CMOS-DMOS)工艺将Bipolar器件、CMOS器件、DMOS功率器件同时制作在同一芯片上,综合了三类器件各自的优点,使得设计人员可以灵活地设计集成了功率、模拟和数字信号处理功能的功率集成电路。自上世纪80年代意法半导体公司首次研发成功之后,高压BCD工艺短时间内即成为了功率集成电路的主流制造工艺,并对功率半导体领域产生了深远的影响。从衬底材料的分类上,BCD技术
随着风电系统和区域电网之间互联进程的加快,各类频发的故障事件(如短路故障、负荷突增、发电机故障切除等)以及风能间歇式特性引起的故障,正在威胁系统的安全稳定运行。因此,开展风电互联电力系统的安全性评估及安全稳定性提升的控制,对于保障风电互联电力系统的安全稳定运行具有重要意义。目前,在大规模风电并网场景下,由于并网接口采用变流器,从而使风电系统与电力系统解耦,导致风电互联电力系统的等效旋转惯量降低,削
随着通信用户的增多,传统的地面通信网络已无法满足人们对无线通信超可靠性、高服务质量、多样性的需求。无人机通信作为一种典型的空中通信手段,能够为用户提供高可靠性、高灵活性、易部署、低成本的通信服务,被视为未来空中网络解决方案和地面通信的补充。面向增强通信覆盖和应急通信的需求,单无人机中继和无人机集群基站是两个典型通信场景。资源管理是无人机通信系统中的一项关键技术,由于传统的无线资源管理技术根据完全且
锂硫(Li-S)电池在理论能量密度、材料比容量和原材料成本方面具有巨大的优势,被认为是最具希望的下一代高性能电化学储能器件之一。然而,Li-S电池由于存在一定的缺陷和问题而表现出较低的容量和循环寿命,这导致其商业化进程受到了阻碍。目前Li-S电池在正极方面主要的问题包括:正极上的硫和放电产物Li2S导电性差以及它们的氧化还原反应速率缓慢;硫的中间产物多硫化锂物种(Li PSs)在电解液中溶解和扩散
自从特斯拉于十九世纪开展无线能量传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)相关实验以来,无线能量传输技术距今已经有一百多年的发展历程。而近年来,由于磁耦合感应式无线能量传输技术(Inductive Power Transfer,IPT)与磁耦合谐振式无线能量传输技术(Magnetically Coupled Resonance Wireless Power Transfer
随着我国人口老龄化趋势不断加速,以康复机械手为代表的康复机器人技术可以有效替代传统人工康复训练,帮助患者修复受损神经,恢复身体机能。现有康复机械手一般采用电机、液压和气压等方式驱动,普遍存在结构复杂、重量较大、冲击力强、自适应和安全性差等问题。NiTi形状记忆合金(Shape memeory alloy,SMA)因其特有的超弹性(Superelasticity,SE)和形状记忆效应(Shape m
在未来太空探索中,诸多工作(如航天设备装配维修、航天器在轨捕获释放、太空货物搬运、月岩标本采集以及低微重力环境下科学试验等)需要航天员在多种复杂地形或重力环境下携带大量设备和标本,并进行长时间、大范围、多任务的出舱活动。与传统的舱内活动不同,当前的空间站在轨作业以及未来的星表探测作业都需要航天员穿着厚重的舱外航天服,同时要求舱外航天服关节系统具备良好的运动灵活性。然而,多层织物结构的舱外航天服由于
切换仿射系统由一系列连续或离散时间子系统和切换信号组成,其可以为许多复杂系统的建模提供框架。由于存在仿射项,切换仿射系统的平衡点不能移到原点,从而系统在状态空间中具有多个平衡点或平衡区域,这是切换仿射系统的一个显著特征。切换仿射系统已经在DC-DC功率转换、航空航天等领域得到了广泛的应用,因此,对切换仿射系统进行深入研究具有重要意义和价值。为了保证系统内各项状态按照期望的标准运行,往往需要对该系统