基于掺杂工艺制备的钙钛矿太阳能电池的性能研究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wendychenwang
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有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其卓越的光电特性,在可再生能源中表现出较大的应用潜力。得益于钙钛矿薄膜合成的不断改进和优化、器件结构设计的优化以及界面传输层相互作用的深入研究,目前其认证的最高效率值已达到22.7%。其中,界面传输层与钙钛矿活性层的光学、电学性质是影响器件性能的关键所在。本论文分别从传输层与活性层掺杂的角度出发,具有针对性的调控空穴传输层与钙钛矿活性层相应的光电性质。具体如下:(1)首先,我们开展了空穴传输层掺杂的工作。我们与山东大学晶体材料研究所的夏海兵教授课题组合作,将尺寸约为46 nm的金银纳米合金应用到钙钛矿太阳能电池中,这也是首次将金银纳米合金作为添加剂,应用到p-i-n型钙钛矿的PEDOT:PSS层中的工作。通过优化过后,掺杂过后的器件能达到16.76%的光电效率值,与未掺杂的器件相比,实现了28%的效率提升。IPCE、紫外吸收、荧光及电化学交流阻抗的系统测试结果表明,由于金银纳米合金较强的散射效应,器件的光吸收特性得到明显的增加。同时由于金银纳米合金的掺杂,修饰后的PEDOT:PSS层具备更好的电荷传输特性。(2)我们研究了富勒烯衍生物C60(OH)12在n-i-p型钙钛矿活性层MAPb I3-xClx中的掺杂,对MAPb I3-xClx钙钛矿太阳能电池结构与性能的影响。扫描电子显微镜(SEM)与X射线衍射(XRD)结果显示,C60(OH)12的引入增大了钙钛矿晶粒尺寸,促进了钙钛矿的结晶。通过电化学交流阻抗的测试,我们发现掺杂过后的器件有更小的传输电阻和更大的复合电阻,这表明掺杂后的器件不仅具备更好的电荷抽提以及电荷传输能力,而且晶粒的缺陷态得到明显降低,较好的降低了复合的过程。最终掺杂过后的器件效率值为16.56%,实现了约10%的效率提升。
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