【摘 要】
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近年来有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料由于具有灵活可调的带隙、较高的吸收系数、载流子迁移率高和扩散系数长等优异性能在光伏研究领域受到了广泛关注。由于倒置结构器件(p-i-n型)具有可忽略的迟滞效应、全低温处理和简单易行的制备工艺以及与正置结构器件(n-i-p型)相当的高光电转换效率(PCE)而受到越来越多的关注。在倒置结构器件中的空穴传输层(HTL)材料多为共轭有机导电聚合物,然而大多数的共轭聚
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近年来有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿材料由于具有灵活可调的带隙、较高的吸收系数、载流子迁移率高和扩散系数长等优异性能在光伏研究领域受到了广泛关注。由于倒置结构器件(p-i-n型)具有可忽略的迟滞效应、全低温处理和简单易行的制备工艺以及与正置结构器件(n-i-p型)相当的高光电转换效率(PCE)而受到越来越多的关注。在倒置结构器件中的空穴传输层(HTL)材料多为共轭有机导电聚合物,然而大多数的共轭聚合物制备的薄膜具有疏水性。虽然疏水性HTL材料具有隔绝水汽进入钙钛矿层的优点,但是同样不利于p-i-n型器件的钙钛矿前驱体溶液沉积,可能导致钙钛矿薄膜较差的覆盖度,从而影响器件的性能。本文提出了一种纯物理方法改善疏水性HTL表面润湿性的新策略,明显改善了HTL材料表面的润湿性,使钙钛矿前驱体溶液能够沉积得到高质量全覆盖的钙钛矿薄膜,而且对材料性能没有负面影响。随后本文进一步研究了基于p-i-n型器件的三元阳离子钙钛矿体系,使用了新型HTL材料聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(4,4’-(N-(4-正丁基)苯基)-二苯胺)](TFB)制备出了高性能p-i-n型钙钛矿电池。本文主要研究工作包括以下几个方面:1.利用疏水性聚合物光电材料聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](Poly-TPD)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)作为HTL材料,通过旋涂一层低温退火处理(120°C)的氧化铝纳米颗粒修饰HTL材料表面,此方法不仅改善了疏水性HTL表面的润湿性,使得溶液法旋涂沉积钙钛矿变得可行,而且不会影响器件的光电性能。同时研究了Al2O3的旋涂工艺和参数,确定了最佳浓度,以及探讨了Al2O3修饰界面对器件光电性能影响。基于PTAA、Poly-TPD、P3HT作为空穴传输层,通过Al2O3修饰界面制备的三元阳离子钙钛矿太阳能电池器件分别取得了最高PCE为17.41%、16.24%、15.77%。2.基于对疏水性HTL界面修饰的器件结构基础上,本文进一步研究了新型疏水性HTL材料聚[(9,9-二正辛基芴基-2,7-二基)-alt-(4,4’-(N-(4-正丁基)苯基)-二苯胺)](TFB),并制备了基于TFB为空穴传输层的三元阳离子钙钛矿电池器件。在此实验中,研究了三元阳离子钙钛矿前驱体溶液配方中的Cs离子添加量及卤素配比对钙钛矿晶体形貌、结构以及电池器件性能的影响;探讨了三元阳离子钙钛矿薄膜制备的工艺;比较了TFB与PTAA作为空穴传输层材料在钙钛矿太阳能电池中应用的性能,基于TFB的三元阳离子体系钙钛矿倒置结构电池的开路电压(VOC)>1.1 V,光电转换效率接近18%。
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