钙钛矿太阳能电池的阴极界面研究

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化石燃料的大量开采和使用,导致能源短缺,环境污染以及全球气候变暖等一系列问题。而太阳能资源具有取之不尽用之不竭,清洁无污染,可靠安全等优点,使得太阳能转化技术成为当前研究的热点领域。其中,钙钛矿太阳能电池是一种将太阳光能直接转化为电能的新兴光伏技术,近几年受到了极大重视,研究人员对其开展了深入研究,这一技术也得到了飞速的发展。为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率,同时尽可能简化制备流程和工艺,一系列新的材料和实验方法被设计实施。通过对活性层薄膜质量,电子传输层和空穴传输层的改进和优化,钙钛矿太阳能电池性能可以得到明显改善。  由于材料及界面的性能对于最终的器件性能有很大影响,本文首先进行常规钙钛矿器件制备条件的探索及相关性能表征,然后从改善材料性能和减少器件的滞后效应考虑,提出了两种方法,用以改善薄膜形态,同时修饰界面性能,减少界面电荷复合,促进电荷传输,进而提高光电转换效率,减少钙钛矿的滞后现象。主要研究内容如下:  1.钙钛矿太阳能电池普遍存在滞后现象,其原因可能是由于钙钛矿表面膜形貌的缺陷引起,我们通过引入聚芴衍生物(F8BT)来修饰钙钛矿层以得到较为平整的表面膜形貌,使器件的滞后现象得到大幅消除。同时,基于F8BT的器件的PCE得到提高(7.9%vs13.9%)。这部分工作阐释了F8BT作为钙钛矿界面修饰层来提高器件性能的可能性,并且提供了一种可以减弱钙钛矿滞后现象的可行的方法。  2.基于第一部分工作中F8BT的LUMO能级较高的问题,我们设计并且合成了两种苯并二噻二唑的衍生物(B2T和B2F)作为反向平面异质结钙钛矿太阳能电池的阴极界面层,使电子传输层的LUMO能级得到降低。同时,由于 HOMO能级的差异,基于B2F的器件的JSC高于B2T器件,最终表现在PCE的提升(从13.0%到15.0%)。这部分工作介绍了一种新的作为有机钙钛矿电池阴极界面的材料,并且提供了一种开发新型的有效的钙钛矿太阳能电池的界面材料的新方法。
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