【摘 要】
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21世纪以来,人们面临能源短缺和环境污染两大问题。一直依赖的传统化石能源不仅不可再生,并且还会产出对人类生活环境有害的废气。为此,新型环保能源的开发是很有必要的。有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池作为第三代新型薄膜太阳能电池的其中一员,近几年来,效率提升极快,已与商用硅基太阳能电池相媲美,但其光、热稳定性差且含铅。用稳定且低毒的全无机无铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6作为电池的吸光层便成为一种可以
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21世纪以来,人们面临能源短缺和环境污染两大问题。一直依赖的传统化石能源不仅不可再生,并且还会产出对人类生活环境有害的废气。为此,新型环保能源的开发是很有必要的。有机-无机金属卤化物钙钛矿太阳能电池作为第三代新型薄膜太阳能电池的其中一员,近几年来,效率提升极快,已与商用硅基太阳能电池相媲美,但其光、热稳定性差且含铅。用稳定且低毒的全无机无铅双钙钛矿Cs2AgBiBr6作为电池的吸光层便成为一种可以开发的策略。Cs2AgBiBr6在空气中具有良好的稳定性,受温度与湿度变化的影响较小,但目前报道的Cs2AgBiBr6双钙钛矿太阳能电池效率较低。这主要是由于Cs2AgBiBr6是间接带隙半导体,并且在常见有机溶剂中溶解度有限,形成的钙钛矿薄膜结晶度不高且存在缺陷。基于此,我们尝试利用界面修饰工程、添加剂工程等一系列工艺优化策略,旨在提高钙钛矿吸光层的结晶性能以及薄膜覆盖率,减少陷阱态的产生,以此来对Cs2AgBiBr6双钙钛矿太阳能电池的光电性能进行调控。主要的研究内容和结论如下:（1）为调节器件的能级匹配度,提高载流子的迁移率,我们利用二硫化钼（Mo S2）纳米片作为界面修饰层改善Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的光电性能。随后将添加Mo S2纳米片、添加PTAA和纯Cs2AgBiBr6的钙钛矿太阳能电池进行研究对比。超声液相剥离出的Mo S2纳米片,其价带能级与钙钛矿层和碳层的价带能级良好匹配,加速了空穴提取,提高了钙钛矿太阳能电池中载流子的迁移效率。另外,Mo S2纳米片的加入,明显改善了钙钛矿层结晶性以及薄膜形貌。基于Mo S2纳米片的器件PCE达到了4.17%,相比基于PTAA的器件（3.21%）和对比器件（2.61%）有了明显提高。此外,含有Mo S2纳米片的器件在空气中保存23天后效率仅降低到92%,具有极佳的稳定性。（2）为了改善Cs2AgBiBr6的结晶性和薄膜形貌,在钙钛矿前驱体中掺杂二溴化钴（Co Br2）。将Co Br2含量按不同质量百分比设置浓度梯度加入到钙钛矿前驱体中。实验发现,前驱体中引入适量Co Br2可提高钙钛矿成膜质量。2 wt%Co Br2的加入,电池PCE达到了2.94%,Jsc为4.35 m A cm-2;Voc为1.14 V;FF为0.59,是本组实验中器件性能最佳的,并且减少了电池中漏电流的产生,降低了电荷复合。由此证明,添加适量Co Br2可提高Cs2AgBiBr6双钙钛矿太阳能电池的光电性能。（3）利用醋酸纤维素（CA）作为添加剂加到Cs2AgBiBr6前驱体中可以改善钙钛矿成膜质量。CA中含量丰富的碳氧双键官能团与欠配位的阳离子相互作用调节薄膜结晶速率并且提高溶液粘度。本实验中,加入CA的器件PCE达到了2.87%,Jsc为5.08 m A cm-2;Voc为1.03 V;FF为0.55,是本组实验中器件性能最佳的。纯Cs2AgBiBr6基PSC的最高PCE为2.66%,Jsc为3.99 m A cm-2;Voc为1.03 V;FF为0.54。此外,基于CA的器件在空气中保存23天后效率仅降低到85%。与纯Cs2AgBiBr6基PSC的效率下降到80%相比,下降幅度更小,表明含有CA的器件在大气环境中具有更好的稳定性。
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