【摘 要】
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能源危机日益严峻,新型清洁能源一直是各国科学家的研究热点。太阳能电池作为一种能够将可再生太阳能直接转换为电能的半导体器件,在能源材料领域引起了很多研究者的关注。钙钛矿太阳能电池是目前最有潜力的第三代太阳能电池,有着材料来源丰富、制备工艺简便和光电性能优异等优点,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高能量转换效率已经可以与商用的硅太阳能电池相媲美。但是杂化钙钛矿的稳定性和毒性问题阻碍着其太阳能电池大规
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能源危机日益严峻,新型清洁能源一直是各国科学家的研究热点。太阳能电池作为一种能够将可再生太阳能直接转换为电能的半导体器件,在能源材料领域引起了很多研究者的关注。钙钛矿太阳能电池是目前最有潜力的第三代太阳能电池,有着材料来源丰富、制备工艺简便和光电性能优异等优点,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高能量转换效率已经可以与商用的硅太阳能电池相媲美。但是杂化钙钛矿的稳定性和毒性问题阻碍着其太阳能电池大规模商业化生产和应用。针对以上问题,本论文着眼于有机-无机钙钛矿光吸收层的稳定性和毒性问题,研究了无机钙钛矿CsPbBr3和无铅双钙钛矿Cs2SnI6的制备工艺及光电性能,讨论了其在光伏器件中的应用。主要研究内容及结论摘要如下:1.采用连续真空蒸发沉积的方法制备出了高质量的半透明CsPbBr3薄膜,且无需高温退火,并首次成功地将其用作柔性钙钛矿太阳能电池的活性层,得到了5.00%的光电转换效率。进一步地,通过在CsPbBr3和Spiro-OMe TAD之间引入Cu2O能级缓冲层,有效地减少了电子-空穴复合并增强了载流子提取,将器件最高效率进一步提高到了5.67%。经过界面工程优化的电池具有更高的稳定性,在85℃连续加热240小时后,也可以保持95%以上的初始效率;在环境条件下(25℃,相对湿度50%)放置60天后,效率仅下降10%左右。此外,该柔性器件具有出色的机械耐用性,在3 mm的曲率半径下进行1000次弯曲后,可以保留原始效率的90%。2.我们采用气相辅助溶液的两步法制备出了Cs2SnI6薄膜,并且借助XRD、SEM等表征手段,探索了Cs I镀膜厚度、退火温度等工艺参数,通过对比发现薄膜纯度高且致密均匀,优于其他文献中用别的方法得到的。紧接着,我们对其作为光伏材料的基本性能进行了研究。紫外可见光吸收谱图表明,Cs2SnI6有着很强的光吸收能力,极限吸收波长在850 nm左右,这与其光致发光结果一致,可计算出其能带间隙值在1.45 e V左右,为直接带隙。稳定性方面,在环境条件下(25℃,相对湿度50%)老化60天后,Cs2SnI6的XRD没有大的变化,说明基本没有分解。同时其粉末的热重结果表明,Cs2SnI6分解温度高于200℃,满足光伏材料的使用需求。
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