质子化氮化碳在碳基钙钛矿太阳能电池中的应用研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lidids
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随着对化石能源的开发和利用,能源枯竭及环境污染等问题变得越来越严重,因此开发和利用清洁能源就显得尤为重要。太阳能因具有应用范围广泛,资源丰富,清洁无污染的优点得到了广泛关注。目前太阳能主要采用的应用模式为太阳能电池。到目前为止,太阳能电池的发展一共历经了三代,其中钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)具有工艺简单,高光电转换效率等优点。传统的PSCs以Spiro-Me OTAD材料为空穴传输层,以贵金属作为对电极,电池价格昂贵,稳定性差。碳材料与贵金属具有相似的功函数,可以取代贵金属作为对电极,在降低电池成本的同时提高稳定性。但碳基PSCs的效率较低,为了提高电池的效率,本文从对钙钛矿层的修饰出发,做了以下三方面研究:首先,采用氮化碳和质子化氮化碳修饰钙钛矿薄膜,通过电流密度-电压曲线测试(J-V测试)发现,添加1.8 wt%的质子化氮化碳,电池的光电转化效率可以达到6.61%。质子化的过程在氮化碳表面引入活性基团-NH2/-NH3,和钙钛矿表面发生强化学作用,钝化电子陷阱,提高钙钛矿结晶质量,促进电荷的提取和传输。其次,在钙钛矿前驱液中添加质子化氮化碳分散效果较差,不利于钙钛矿的结晶。选用?-丁内酯(GBL)、二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)和异丙醇(IPA)五种溶剂分散质子化氮化碳,之后将分散液添加到钙钛矿前驱液中。结果表明,当以DMAC为分散剂时,对钙钛矿薄膜的修饰作用最好,得到的器件效率最高,最高值为7.26%。扫描电子显微镜观察显示,添加质子化氮化碳DMAC分散液的钙钛矿结晶更好。紫外-可见吸收光谱、稳态荧光光谱、时间分辨光致发光光谱和电化学阻抗测试也表明添加质子化氮化碳DMAC分散液的钙钛矿具有更好的电荷提取和传输能力。最后,为了提高碳基PSCs的稳定性,采用具有较大体积的苯乙胺碘盐(PEAI)对FA基钙钛矿进行低浓度掺杂,制备得到二维类PEA2FAn-1PbnI3n+1 PSCs,在提高效率的同时增强稳定性。经过1测试发现,其光电转换效率最高可达5.22%,并且稳定性也有明显提高。
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