【摘 要】
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有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池具有高光电转换效率、高缺陷容忍性、高吸收系数、可调带隙、长扩散长度和宽吸收范围等优良的光电性能,被广泛应用于光伏器件领域。目前单异质结钙钛矿太阳能电池的认证效率已达到25.7%,展现了可观的前景。虽然制备工艺简单、成本低廉使其具备良好的大规模商业化条件,但想实现大面积生产还需要解决两方面问题——效率低和稳定性差。平面型钙钛矿成膜时,薄膜内部易产生缺陷,这些缺陷会
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有机-无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池具有高光电转换效率、高缺陷容忍性、高吸收系数、可调带隙、长扩散长度和宽吸收范围等优良的光电性能,被广泛应用于光伏器件领域。目前单异质结钙钛矿太阳能电池的认证效率已达到25.7%,展现了可观的前景。虽然制备工艺简单、成本低廉使其具备良好的大规模商业化条件,但想实现大面积生产还需要解决两方面问题——效率低和稳定性差。平面型钙钛矿成膜时,薄膜内部易产生缺陷,这些缺陷会导致电池器件的光伏性能下降;同时,钙钛矿材料对于空气中的水分和氧气极为敏感,在高湿度和高温条件下易分解,造成电池器件效率不稳定,寿命急剧下降。本文主要研究有机-无机杂化钙钛矿薄膜钝化及其溶剂效应来改善以上两方面问题。在本文中,设计合成了一种受体上含有羧基,供体上含有长烷基链的D-π-A型有机染料分子ZT001,作为钝化剂应用于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池中。结果表明,ZT001的羧基可以与钙钛矿薄膜中配位不足的Pb2+发生配位,有效钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷,降低薄膜缺陷态密度,提高荧光强度,减少电池内部的非辐射复合。经过ZT001钝化后的钙钛矿电池器件开路电压和填充因子得到提升,获得了20.6%的光电转换效率(PCE),明显高于未钝化器件的PCE(19.5%)。同时,长烷基链使ZT001自身具有良好的疏水性,将其附着在钙钛矿薄膜表面可以有效地抑制钙钛矿与空气接触,提高器件的湿度稳定性。稳定性测试表明,在湿度为30%的室温环境中放置21天后,钝化后的电池仍保持初始PCE的80%以上,而未钝化的电池只有初始PCE的57%。利用溶剂工程可以调控钙钛矿体相结晶,获得更高质量的薄膜。在本文中构筑了乙酸乙酯和甲基叔丁基醚的混合反溶剂体系,实现了对钙钛矿晶体成核过程的调控。混合反溶剂体系制备的钙钛矿晶粒尺寸变大、排布更紧密平整、粗糙度降低、结晶性增强,薄膜的光吸收率增高、荧光强度增强,表现出良好的光电性能。研究发现,当反溶剂乙酸乙酯与甲基叔丁基醚的体积比为3:2时为体系的最佳配比,在此条件下制备的器件开路电压和短路电流相较于乙酸乙酯和甲基叔丁基醚的单一反溶剂器件有所提高,最终光电转换效率提升至19.2%。
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