【摘 要】
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有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池近年来发展迅猛,其能量转化效率(PCE)的最新记录已经达到了24.2%具有非常广阔的发展前景。然而现阶段这些高性能的钙钛矿电池都使用铅卤钙钛矿材料会给生态环境和人身健康带来威胁。锡基钙钛矿是目前无铅钙钛矿中最具潜力的候选者,但难以控制的钙钛矿薄膜形貌和易氧化不稳定的问题限制了其应用。本文以FASnI_3锡基钙钛矿电池为基础,主要针对制备工艺和材料组分对钙钛矿成膜质量及
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有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池近年来发展迅猛,其能量转化效率(PCE)的最新记录已经达到了24.2%具有非常广阔的发展前景。然而现阶段这些高性能的钙钛矿电池都使用铅卤钙钛矿材料会给生态环境和人身健康带来威胁。锡基钙钛矿是目前无铅钙钛矿中最具潜力的候选者,但难以控制的钙钛矿薄膜形貌和易氧化不稳定的问题限制了其应用。本文以FASnI3锡基钙钛矿电池为基础,主要针对制备工艺和材料组分对钙钛矿成膜质量及器件性能的影响进行了研究,具体工作如下:(1)研究FASnI3锡基钙钛矿太阳能电池的制备工艺,电池结构为ITO/PEDOT:PSS/FASnI3/C60/BCP/Al。实验优化了添加剂SnF2的含量,最优浓度为10 mol%。通过调节DMSO和DMF组成的混合溶剂体系的比例来制备钙钛矿薄膜,在两者的体积比为4:1情况下以氯苯作为反溶剂制备器件获得的性能最优,在AM 1.5(100 mW/cm2)标准太阳光照射条件下获得的最佳器件性能为6.82%。(2)研究两种有机阳离子FA+和MA+混合的FAxMA1-xSnI3锡基钙钛矿太阳能电池,探索了在旋涂过程中乙醚、甲苯和氯苯三种反溶剂对钙钛矿成膜质量以及器件性能的影响。通过选择合适的反溶剂可以优化成膜质量使得器件的性能得到大幅改善。在阳离子比例x=0.75的情况下,使用氯苯作为反溶剂制备的钙钛矿薄膜质量最高。最终制备的器件能量转换效率达到了9.06%。封装的电池在氮气手套箱中保存30天后仍能保持最初数据的70%。(3)通过在FASnI3中掺入PEA制备2D-3D混合结构的PEA2FA8Sn9I28低维锡基钙钛矿太阳能电池以提高器件的稳定性。实验结果表明:在掺杂10%的PEA的情况下,反溶剂使用甲苯制备的钙钛矿薄膜质量最佳,器件效率为8.26%。将封装的电池保存在氮气手套箱中30天后还能保持初始效率值的90%以上,说明其具有非常好的稳定性。
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