基于铯铅卤材料的无机钙钛矿太阳能电池的制备及性能研究

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甲胺铅卤钙钛矿材料具有独特的光电性能,使其成为有希望的光伏材料之一。目前钙钛矿电池的研究中普遍存在着重复性差、稳定性低等问题,这是制约钙钛矿太阳能电池实现商业化生产所亟待解决的关键问题。该问题严重影响了深入的科学研究和将来的大规模应用。在解决有机—无机杂化钙钛矿电池稳定性的同时,稳定性更好的全无机钙钛矿电池的研究也在不断进行中。立方相的α-CsPbI3虽然带隙较小(Eg=1.73 eV),但体相的α-CsPbI3只能在高温条件下稳定存在。当温度低于320℃时,就会转变为正交晶系的δ-CsPb I3(Eg=2.28 eV)。针对这一问题,本文研究了利用添加剂构造适合无机钙钛矿晶体取向择优生长的化学环境,通过抑制δ-CsPbI3相的形成调控无机钙钛矿晶体的有序可控生长。具体工作内容如下:1、对CsPb I3钙钛矿成膜方法进行了探究。研究了不同晶体生长环境、不同的溶液溶解时间、不同体积分数的氢碘酸、不同的预热温度、不同的前驱液浓度、不同的退火温度、在空气中放置不同的时间、在不同的基底上沉积对CsPbI3钙钛矿薄膜的影响。2、通过用氢碘酸(HI)作为添加剂来降低CsPbI3钙钛矿立方相的退火温度,探索最佳的退火温度和在旋涂完钙钛矿以后的操作时间,并制备了对应的太阳能电池,其结构为:ITO/PEDOT:PSS/CsPbI3/PCBM/Al,发现器件的效率不是很理想,通过EDX能谱发现Cs元素在钙钛矿中的原子比例明显少于Pb,继续添加CsI,当添加量达到30%时,电池性能得到提升。器件的短路电流(JSC)为7.07 mA/cm2,开路电压(VOC)为0.93 V,填充因子(FF)为0.47,光电转化效率(PCE)为3.16%。3、研究了基于Br掺杂的CsPb IxBr3-x钙钛矿太阳能电池的性能。通过两种不同的方法配制出钙钛矿前驱液,并制备出结构为ITO/PEDOT:PSS/CsPbIxBr3-x/PCBM/Al的器件。通过对实验参数的对比发现:体系1的最优器件参数为VOC=0.98 V,JSC=4.32mA/cm2,FF=46.3%,光电转化效率PCE=1.96%;体系2的器件参数:VOC=0.90 V,JSC=5.37 mA/cm2,FF=47.2%,光电转化效率PCE=2.28%。结果表明,PbI2,PbBr2,CsBr,Cs I混合得到的钙钛矿吸光层优于PbI2与CsBr混合得到的钙钛矿吸光层。
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