金属氧化物在钙钛矿太阳能电池传输层中的应用与研究

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回顾人类社会整个发展历程,能源的变革一直与社会进步和发展息息相关。目前,化石能源的大量燃烧不仅会造成环境污染,而且不利于社会的可持续发展。近年来,一些可再生清洁能源(如太阳能)越来越受到大众的青睐。钙钛矿太阳能电池最早于2009年被报道以来,短短十年时间光电转换效率已经超过了23%。但是目前钙钛矿太阳能电池的发展还并不完善,许多内部机理、界面稳定性以及功能层材料匹配性等问题都还有待研究。这里我们聚焦于传输层与电极之间,分别利用氧化钼(MoO3)和氧化锌(ZnO)进行界面修饰以获得高效的电荷传输。工作分为以下两个部分:(1)能带匹配Spiro-OMeTAD和金(Au)电极广泛地被应用在钙钛矿太阳能电池中。而一旦使用廉价的银(Ag)电极,因为能级匹配不佳电池效率都会出现一定程度的下降。这里,我们在Spiro-OMeTAD表面引入了一层热蒸镀生长的氧化钼(MoO3)薄膜,通过优化厚度实现了18.62%的效率。利用阻抗谱(IS)和暗电流谱详细研究了Spiro-OMeTAD/Ag界面之间的接触特性。原子力显微镜(AFM)和电导率测试又证明了MoO3对Spiro-OMeTAD的表面形貌以及电学性质会产生积极影响。最后利用外量子效率(EQE)和循环伏安测试进一步证实MoO3能够提升界面电荷的传输效率。(2)SnO2衬底的薄膜质量会影响钙钛矿的生长结晶,而且SnO2与ITO之间也存在着能级不匹配的问题。我们通过旋涂的方法在ITO和SnO2之间制备了一层10nm的ZnO修饰层。利用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)详细研究了电子传输层以及钙钛矿薄膜的形貌。通过电化学阻抗谱(EIS)、暗电流以及光致发光谱(PL)等表征手段研究了钙钛矿太阳能电池中不同界面的电荷传输特性。对比最初的钙钛矿太阳能电池,ZnO修饰后的电池实现了20.45%的光电转换效率。
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