锡基钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究

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太阳能由于其储量丰富而且环境良好,可以满足世界对清洁能源的需求,从而显著促进了太阳能技术的发展。近年来有机-无机杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池(PSC)备受瞩目,其光电转换效率(PCE)和稳定性得到了快速的发展。尽管取得了巨大的成就,但是铅(Pb)的毒性仍然是铅钙钛矿太阳能电池商业化的主要障碍之一,因此对锡基钙钛矿太阳能电池的研究具有重要的意义。本文详细探讨了锡基钙钛矿太阳能电池的制备工艺及光电性能研究,主要围绕以下两方面进行研究工作。
  提出了一种利用固态氟化亚锡(SnF2)与甲胺氢碘酸盐(MAI)之间的离子交换反应来制备甲胺碘化锡(MASnI3)薄膜的新方法。这种方法可以很好地控制MASnI3的成核和结晶,从而得到高度均匀、无针孔的MASnI3钙钛矿薄膜,以这种高质量的薄膜制备的太阳能电池器件能够实现7.78%的光电转化效率(PCE),其中短路电流(Jsc)为20.68mA/cm2,开路电压(Voc)为0.57V,填充因子(FF)为66%。而且SnF2作为掺杂剂在薄膜的深度剖面中分散良好,高含量SnF2的存在可以有效地抑制Sn2+氧化成Sn4+,提高器件的稳定性。
  在MASnI3中掺杂不同含量的Thiophene-2-ethylamineiodide(TEAI),配制成TEAxMA1-xSnI3前驱体溶液,并制备了2D/3DMASnI3钙钛矿薄膜,以此作为活性层制备倒置平面结构的太阳能电池。由XRD、GIWAXS、SEM和UV-vis分析可知,2D/3DMASnI3钙钛矿薄膜的形貌、结晶性和稳定性与TEAI的含量有关系,当掺杂10%TEAI时,薄膜的晶粒尺寸最大,具有择优取向,并且具有较强的结晶性以及稳定性,所制备的太阳能电池器件具有最高的转化效率为3.08%,而且滞后效应可以忽略不计,并且电池具有很强的稳定性,该器件在没有封装的情况下,在超过100h内仍保持其初始值的73%。
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