鈣鈦礦太陽電池的高可重現(xiàn)性與大面積制備技術(shù)研究.pdf

1、近年來，基于無杌-有機(jī)雜化鈣鈦礦光伏材料的鈣鈦礦太陽電池因其因其制備成本低、光電轉(zhuǎn)換效率提升快而倍受關(guān)注。而真正實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦太陽電池的實(shí)際應(yīng)用，仍有諸多問題需進(jìn)一步地探索，如大面積制備及其工藝的穩(wěn)定性等。針對于此，本論文從溶液制備法的工藝優(yōu)化到器件性能的進(jìn)一步提升，以及大面積制備工藝的開發(fā)等方面開展了研究，具體內(nèi)容包括:
　　(1)在分步液浸法及兩步旋涂法的基礎(chǔ)上，提出以多步旋涂法沉積鈣鈦礦薄膜，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦太陽電池高可重現(xiàn)性的制備

2、。一方面，以定量旋涂異丙醇的方式對PbI2薄膜進(jìn)行預(yù)潤濕，并采用旋涂沖洗的后處理工藝改善了鈣鈦礦薄膜的成膜質(zhì)量;另一方面，利用異丙醇和環(huán)己烷的混合體作為溶劑配制CH3NH3I前驅(qū)體溶液，優(yōu)化了PbI2到鈣鈦礦的轉(zhuǎn)化反應(yīng)。利用上述方法制備的CH3NH3PbI3薄膜晶粒尺寸分布集中，薄膜覆蓋率高、均勻性好，不但有效避免原料試劑的浪費(fèi)、增強(qiáng)了過程可操作性，而且實(shí)現(xiàn)了各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的量化控制。利用該方法制備的鈣鈦礦薄膜使器件光電轉(zhuǎn)換的標(biāo)準(zhǔn)偏差不超

3、過±0.52，器件的可重現(xiàn)性得以顯著增強(qiáng)。
　　(2)通過溶劑工程與氯添加劑的優(yōu)選組合，實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜質(zhì)量的提升，獲得了較高效率的鈣鈦礦電池。研究表明，在DMSO溶劑體系下，PbCl2的介入可顯著提升鈣鈦礦薄膜的成膜質(zhì)量，并增強(qiáng)了活性層的光吸收能力;當(dāng)摻入PbCl2的摩爾百分比為30％時(shí)，所得薄膜的形貌、結(jié)晶特性達(dá)到相對最優(yōu)狀態(tài)，并表現(xiàn)出了較強(qiáng)的光收集能力。在此條件下制備的鈣鈦礦太陽電池光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到14.42％，較無PbCl

4、2添加劑調(diào)控時(shí)的效率值提高了36.3％。
　　(3)提出了基于磁控濺射技術(shù)的鈣鈦礦薄膜沉積方法。首先，使用高純金屬鉛(Pb)靶，以高純Ar、O2分別作為工作氣體和反應(yīng)氣體，在襯底上濺射PbO薄膜;其次，使PbO薄膜與CH3NH3I前驅(qū)體溶液進(jìn)行反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了從PbO到CH3NH3PbI3的轉(zhuǎn)化。經(jīng)工藝參數(shù)的優(yōu)化，獲得了質(zhì)量和性能均較優(yōu)的鈣鈦礦薄膜;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步制備了介孔結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽電池，實(shí)現(xiàn)了13.8％的光電轉(zhuǎn)換效率。