鈣鈦礦型太陽能電池的穩(wěn)定性及大面積制備的研究.pdf

1、隨著化石燃料等不可再生能源的不斷消耗，人類面臨的能源危機(jī)日趨重。因此，可再生能源太陽能越來越受到人們的重視。作為第三代太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的活性層具有極高的消光系數(shù)，較大的載流子擴(kuò)散長度及雙極性載流子傳輸?shù)刃阅艹蔀檠芯繜狳c(diǎn)。實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，必須在提高光電轉(zhuǎn)化效率的基礎(chǔ)上，逐步提高PSCs在空氣中的穩(wěn)定性，突破器件大面積制備的瓶頸。本論文通過界面調(diào)控法制備高效鈣鈦礦太陽能電池，同時器件的穩(wěn)定性得到了極大地提高；另外通過

2、噴墨打印法制備出厚度均勻，粗糙度低及微米級鈣鈦礦晶粒尺寸的鈣鈦礦薄膜，從而實(shí)現(xiàn)了大面積高性能太陽能電池的制備，主要研究內(nèi)容包括：
　　1.將高聚物聚乙烯亞胺（PEI）溶于二-甲氧基乙醇中旋涂于空穴傳輸層VOX上，通過對比處理前后鈣鈦礦前驅(qū)體溶液接觸角，發(fā)現(xiàn)處理前后接觸角由30.9°減小為15.1°，界面浸潤性得到了提高。制備出的鈣鈦礦薄膜，通過頂層掃描電鏡（SEM）發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過PEI處理后的薄膜覆蓋率由70％提高到了95%左右；截面

3、SEM表明，處理后的鈣鈦礦厚度從290 nm提高至320 nm；X射線衍射（XRD）表明，經(jīng)過PEI處理后，鈣鈦礦結(jié)晶性得到了提高。
　　2.制備器件結(jié)構(gòu)為 FTO/VOX/CH3NH3PbIXCl3-X/PCBM/LiF/Al的太陽能電池，發(fā)現(xiàn)由于鈣鈦礦薄膜厚度提高增加了光的吸收，經(jīng)過 PEI處理后的器件量子效
　　率得到了提升，J-V曲線發(fā)現(xiàn)器件的短路電流密度提高，最高效率達(dá)到了14.4%，穩(wěn)態(tài)PL及電化學(xué)阻抗進(jìn)一步證明

4、器件性能的提升。由于PEI的吸水性，將另外一層 PEI薄層至于 PCBM/PEI/LiF/Al，優(yōu)化后的器件至于自然條件下，經(jīng)過10天后，器件效率下降不到10%，然而參考器件經(jīng)過同樣的條件，效率下降了90%左右，相關(guān)實(shí)驗表明該界面處理可以大大提高器件在空氣中的穩(wěn)定性。
　　3.選用超浸潤介孔二氧化鈦?zhàn)鳛閲娔蛴』祝瑢bI2溶于DMF、DMSO及兩者的混合液中，配置出質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的溶液。通過DMP2831噴墨打印機(jī)制備碘化鉛

5、薄膜，通過調(diào)節(jié)打印參數(shù)、基板溫度及退火時間，主要因為 DMF和DMSO熔點(diǎn)及揮發(fā)性不同；由于溶劑揮發(fā)速度慢，沸點(diǎn)高，純DMSO溶液制備的PbI2薄膜表面粗糙度達(dá)到200 nm以上。混合溶液制備出的PbI2薄膜平整度較好，后期經(jīng)過碘甲胺（MAI）處理后發(fā)現(xiàn)，形成的鈣鈦礦薄膜表面粗糙度為30 nm左右，晶粒尺寸達(dá)到微米級別。
　　4.通過噴墨打印制備器件結(jié)構(gòu)為FTO/c-TiO2/m-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMe