鈣鈦礦太陽能電池關(guān)鍵材料的制備及其光電性能研究.pdf

1、近年來，鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)發(fā)展迅猛，經(jīng)過僅僅7年的發(fā)展，其光電轉(zhuǎn)換效率(PCE)已經(jīng)從3.8％迅速增長到22.1％，這主要得益于鈣鈦礦材料諸多優(yōu)越的物理性質(zhì)，如優(yōu)異的可見光吸收能力，低的電子-空穴對復(fù)合效率以及高的載流子遷移率等。然而，PSCs元件特性差異大以及器件穩(wěn)定性較差等問題導(dǎo)致其進一步的實際應(yīng)用受到限制。因此，PSCs關(guān)鍵材料的優(yōu)化制備仍需進一步研究。基于以上問題，本論文以提高PSCs器件的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性為出發(fā)點

2、，對器件的關(guān)鍵材料即電子傳輸材料和鈣鈦礦光吸收材料的制備及其光電性能進行了研究，具體進展如下:
　　(1)制備了一種碘摻雜ZnO(ZnO∶I)納米棒薄膜，并將此薄膜作為電子傳輸材料集成PSCs。實驗結(jié)果顯示，與相同長度的ZnO納米棒薄膜相比，ZnO∶I納米棒薄膜具有四個優(yōu)勢:致密均勻的表面，有利于鈣鈦礦薄膜在其表面完全覆蓋;良好的透過率，有利于鈣鈦礦吸收層吸收更多的太陽光;較小的粗糙度，確保了鈣鈦礦/納米棒界面接觸更好;較低的功函

3、數(shù)，降低了電子從鈣鈦礦層傳輸至ZnO∶I納米棒的勢壘。最終ZnO∶I納米棒集成PSC的效率為18.24％，遠遠大于基于ZnO納米棒的PSC器件（PCE為10.79％），并且無明顯遲滯效應(yīng)。此外，電池暴露于空氣中15天后，其PCE仍保持最大值的80％，顯示較好的器件穩(wěn)定性。
　　(2)制備了一種六次甲基四胺(HMT)誘導(dǎo)生長的晶界鈍化的鈣鈦礦薄膜，基此集成PSCs。實驗結(jié)果顯示，HMT作為添加劑可調(diào)控鈣鈦礦的結(jié)晶，同時作為修飾劑可改

4、善鈣鈦礦/電子傳輸層的界面，最終獲得了高純度（無PbI2雜質(zhì)相）、均勻致密以及晶界鈍化的鈣鈦礦薄膜，有效抑制了PSCs載流子的復(fù)合。最終，HMT誘導(dǎo)生成的鈣鈦礦薄膜集成平面PSC的效率可高達17.87％，遠高于無HMT的鈣鈦礦薄膜的PSC器件(PCE為12.70％)，并且其器件平均PCE為16.93±0.43％，顯示出優(yōu)異的器件重復(fù)性。此外，電池暴露于相對濕度約55％空氣中7天后，其PCE僅衰減13％，較無HMT鈣鈦礦薄膜的電池（衰減5