钙钛矿太阳能电池中活性层的晶体生长及湿度稳定性研究

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钙钛矿太阳能电池因其低廉的原材料价格,简易的制备流程和不断提升的功率转换效率引起了世界各地研究者的广泛关注。然而钙钛矿太阳能电池的器件稳定性问题严重阻碍了其商业化发展的进程。影响器件稳定性的因素有很多,比如光照、温度和湿度等,其中湿度的影响最不容忽视。因为钙钛矿的原始组分中含有吸湿性极强的胺盐,这会导致钙钛矿薄膜在潮湿环境中极易吸附水分子形成特定的水合物,从而造成薄膜的不可逆降解,所以当务之急是寻找有效的策略避免或者减缓水分给薄膜带来的危害。基于此,本文重点研究了钙钛矿薄膜在高湿度环境下的降解机制,然后在此理论基础上通过改善钙钛矿薄膜质量的方式提高了薄膜的湿度稳定性。具体研究内容如下:(1)通过追踪钙钛矿薄膜在高湿度环境下的降解过程来分析湿度造成薄膜降解的内在原因,然后设计对比实验进一步确定降解产物,最终得出了钙钛矿薄膜的降解反应方程式。(2)通过在碘化铅(PbI2)前驱体溶液中提前加入有机粉末溴化甲胺(MABr)的形式构建了钙钛矿晶种溶液,然后利用形成的钙钛矿晶种生长出晶粒尺寸大,缺陷密度低的钙钛矿薄膜。最终,优化的钙钛矿太阳能电池获得了 23.22%的高性能,并且经过900 h的长期稳定性测试后,电池的性能和初始相比没有任何的衰减。(3)在PbI2前驱体溶液中引入小分子材料盐酸硫胺(THM),然后通过PbI2和THM分子间的键合作用延缓钙钛矿薄膜的结晶,从而得到表面平整度更高,疏水性更好的钙钛矿薄膜。最终当THM的掺杂浓度为0.1 mg mL-1时,电池器件获得了 21.40%的最佳性能,并且未封装的器件在50%左右的湿度环境中放置180 h后,依然能保持初始性能的92%。
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