【摘 要】
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使用金属卤化物钙钛矿作为吸收材料的太阳电池是目前最有前途的光伏发电技术。钙钛矿太阳电池的效率从2009年的3.8%迅速提高到现在的25.5%,这种出色的性能是基于金属卤化物钙钛矿优异的光电半导体性能,它具有优秀的缺陷容忍度,高电荷载流子迁移率、平衡的电子和空穴传输性能、高可见光吸收系数、可调的直接带隙、长的载流子扩散长度及特殊的双极性。因此钙钛矿太阳电池可以出色地完成入射光的吸收、光生载流子的激发
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使用金属卤化物钙钛矿作为吸收材料的太阳电池是目前最有前途的光伏发电技术。钙钛矿太阳电池的效率从2009年的3.8%迅速提高到现在的25.5%,这种出色的性能是基于金属卤化物钙钛矿优异的光电半导体性能,它具有优秀的缺陷容忍度,高电荷载流子迁移率、平衡的电子和空穴传输性能、高可见光吸收系数、可调的直接带隙、长的载流子扩散长度及特殊的双极性。因此钙钛矿太阳电池可以出色地完成入射光的吸收、光生载流子的激发、扩散、分离和收集等过程。然而在自然环境下,湿度、光照、温度和氧等因素的共同影响使得钙钛矿太阳电池的性能骤降。而添加剂是调控钙钛矿结晶,制备高质量薄膜和钝化缺陷的有效方法。本文主要研究了添加剂对钙钛矿太阳电池的影响,主要成果如下:(1)离子液体由于其具有强导电性、高载流子迁移率、高热稳定性等优异的性质,已广泛应用于电池、传感器、致动器和探测器等领域。利用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓氯化物修饰全无机CsPbI2Br钙钛矿薄膜,促进了 CsPbI2Br钙钛矿薄膜结晶性的提升,晶粒尺寸的增大,薄膜表面更加光滑。同时它也抑制δ-CsPbI2Br相的生成,减少缺陷的产生和载流子的复合,提高电荷提取效率。基于对照的器件,开路电压为1.24 V,短路电流密度为15.25 mA/cm2,填充因子为78.43%,效率显著提高至14.89%,在25天后仍具有高于85%的效率。(2)在利用离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓氯化物改善深受环境中湿度影响的纯FAPbI3钙钛矿太阳电池体系时,发现1-烯丙基-3-甲基咪唑鎓氯化物可以修饰薄膜,促进了 α-FAPbI3相的生成,同时抑制δ-FAPbI3相的出现和碘化铅析出。钙钛矿层出现了微米级的晶粒,薄膜表面的白点全部消失。钙钛矿薄膜质量的显著提高可以提高电荷收集能力和效率,性能最佳的器件开路电压为1.10 V,短路电流密度为25.50 mA/cm2,填充因子为73.82%,效率为20.79%且在24天后依然保持在87%以上。(3)通过在FA0.92Cs0.08PbI3钙钛矿前驱体溶液中添加苄索氯铵来抑制δ相的形成和促进α相的生成,发现经过苄索氯铵修饰的钙钛矿薄膜晶粒尺寸增大,表面白点消失,薄膜疏水性明显增强。所以经过修饰的FA0.92Cs0.08PbI3钙钛矿太阳电池开路电压为1.07 V,短路电流密度为24.86 mA/cm2,填充因子为79.53%,效率为22.32%且在25天后仍然保持在95%以上。
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