高效率倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池的研制

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钙钛矿太阳能电池因为其具有高的光电转换效率、高载流子迁移率、较长的载流子扩散长度和简单的制备工艺等优势,受到了越来越多人的关注。目前钙钛矿太阳能电池的热门研究方向包括提高太阳能电池效率、界面工程、提高稳定性、无铅钙钛矿、全无机钙钛矿等。本论文主要通过界面修饰和表面钝化来改善钙钛矿晶体的接触界面,实现了倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池的能量转换效率(PCE)的提高。本论文具体工作可分为以下三个方面:(1)通过使用甘油和氯化胆碱的混合物修饰空穴传输层NiOx表面,研究表明在修饰后的NiOx上制备的MAPbI3薄膜具有更光滑的表面和更均匀的晶粒,相比于标准器件,经过界面修饰的器件的JSC从17.77 mA/cm2增加到20.35 mA/cm2,光电转换效率也从13.37%增加到15.25%。研究表明,经过甘油和氯化胆碱修饰后,NiOx表面浸润性的提高对MAPbI3薄膜的形貌改善起着至关重要的作用,这种方法为界面修改提供了一种全新且更环保的选择。(2)通过将氧化石墨烯分散液旋涂在NiOx薄膜表面形成单分子缓冲层。这种单分子缓冲层有两方面的作用,一方面,氧化石墨烯具有良好的疏水性,它可以有效的阻隔水分的渗透,避免造成钙钛矿的加速分解;另一方面,氧化石墨烯修饰NiOx后可以获得更好的钙钛矿薄膜,使得器件的VOC和JSC增加。实验结果表明,当分散液浓度为0.05 mg/mL时,器件效率达到了最高,从标准器件的13.20%提升到了15.18%。器件性能的提升可归因于空穴迁移率的提高、漏电流的减少、载流子复合的减少以及电荷提取效率的提升。(3)通过溶液旋涂法将甘油混合氯化胆碱溶液沉积到钙钛矿表面上,对钙钛矿活性层表面进行表面钝化处理,实验探究了钝化对钙钛矿活性层的影响。实验结果显示,当使用氯化胆碱钝化活性层时,器件的性能会有提升,使用甘油钝化活性层时,器件的性能会明显降低,而在氯化胆碱溶液中混合少量的甘油钝化活性层时,器件性能有明显的提升,相比于标准器件,钝化后的器件VOC从1.03 V增加至1.06 V,JSC从16.35 mA/cm2提升至18.89 mA/cm2,PCE从13.22%提升到了15.02%,这种方法提供了一种钝化钙钛矿活性层的简单工艺。
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