缺陷钝化和传输层优化对锡铅混合钙钛矿太阳电池性能影响研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:peng737
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钙钛矿太阳电池近年来发展迅速,但大部分含有铅元素而不利于环境可持续发展。锡铅混合钙钛矿既可以降低电池的毒性又能保持较好的效率,近年来其最高效率已逐渐逼近铅基钙钛矿,最高光电转换效率已超过了 22%。但锡铅混合钙钛矿存在结晶速率过快、薄膜易形成缺陷和稳定性较差等问题,限制了其性能进一步的提升。基于上述问题,本文以制备高性能和低毒性的钙钛矿太阳电池为目标,研究了缺陷钝化与传输层优化对锡铅混合钙钛矿太阳电池性能的影响,从薄膜形貌、薄膜缺陷、器件光电性能、器件稳定性等方面进行具体探讨。本文主要研究内容如下:(1)选用4-吡啶甲胺碘(PyAI)和4-吡啶甲胺溴(PyABr)分别以掺杂和后处理的方式进行锡铅混合钙钛矿薄膜缺陷钝化的研究。PyAI掺杂后有效钝化薄膜内部缺陷提高整体薄膜质量。具体钝化机理可解释为PyAI在锡铅混合钙钛矿中形成氢键和配位键,同时与辅助添加剂醋酸铅(PbAc2)形成羰基化抗氧化剂加合物钝化晶界处的缺陷,并有效抑制了薄膜氧化过程,最终器件实现了0.80 V的开路电压,效率从标准器件的13.84%提高到最高17.04%。未经封装的器件在充满氮气的手套箱中储存15天后保留了其初始性能的80%,并且在空气环境中抑制氧化效果显著。PyABr后处理对锡铅混合钙钛矿薄膜表面缺陷进行钝化,薄膜表面钝化层不易有效覆盖,优化器件实现15.4%的效率。(2)通过PEDOT:PSS传输层优化和无空穴传输层两种方式研究传输层对锡铅混合钙钛矿太阳电池的影响。PEDOT:PSS表面用乙醇(EtOH)后处理来去除PEDOT:PSS中不利于电荷传输的PSS部分,优化后的PEDOT:PSS表面有益于钙钛矿晶粒的生长。最终器件短路电流提高且效率可至15.52%。通过制备无空穴传输层器件发现FTO表面会促使钙钛矿晶粒尺寸增大,FTO在可见光区域较高的光吸收能提升无空穴传输层器件的短路电流,其效率稳定性和热稳定性都明显高于有空穴传输层的标准器件。本论文中,以添加剂掺杂的形式进行缺陷钝化是一种有效且稳定的方法,缺陷钝化促使高质量薄膜形成,以此来提高器件的性能;传输层的优化可以明显提高器件的短路电流进而提高器件性能,无空穴传输层器件良好的稳定性将具有很大的发展前景。
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