【摘 要】
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钙钛矿因其优异的光电性能引起光伏领域广泛关注,被认为是新一代太阳能电池最理想的光活性层吸收材料。自2009年首次报道以来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的能量转换效率(PCE)一路突飞猛进,目前最高PCE已达到25.7%。在众多PSCs的器件构型中,通过丝网印刷技术制备的可印刷介观钙钛矿太阳能电池(MPSCs)因其结构简单、成本低廉、机械化生产等特点表现出商业化和产业化的巨大优势。然而,由于MPSC
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钙钛矿因其优异的光电性能引起光伏领域广泛关注,被认为是新一代太阳能电池最理想的光活性层吸收材料。自2009年首次报道以来,钙钛矿太阳能电池(PSCs)的能量转换效率(PCE)一路突飞猛进,目前最高PCE已达到25.7%。在众多PSCs的器件构型中,通过丝网印刷技术制备的可印刷介观钙钛矿太阳能电池(MPSCs)因其结构简单、成本低廉、机械化生产等特点表现出商业化和产业化的巨大优势。然而,由于MPSCs固有结构(三层介孔膜厚约13μm)的影响,介孔的尺寸阻碍了前驱体溶液的填充,对介孔中钙钛矿薄膜的结晶和电荷传输产生了挑战,不利于器件的PCE进一步提升。此外,二氧化钛(Ti O2)作为该器件结构中唯一的电荷传输层,具有传输电子的重要作用,其薄膜表面的陷阱态和缺陷会引起界面处的电荷复合,进一步影响器件的PCE。针对上述问题,本文围绕钙钛矿薄膜改性做了相应工作,通过引入咪唑类离子液体作为添加剂实现可印刷MPSCs光伏性能和稳定性的提升。本文所研究的主要内容包括以下两项:(1)采用离子液体1-乙基-3-甲基咪唑醋酸盐(EMIMAC)作为添加剂制备高效稳定的MPSCs。咪唑阳离子(EMIM+)通过配位效应钝化了离子缺陷(如Pb2+和Pb I3-),促进了钙钛矿的晶体生长,提高了光吸收能力。另一方面,醋酸根离子(AC-)倾向于与Ti O2配位,钝化Ti O2表面的氧空位缺陷,改善Ti O2/钙钛矿界面的界面接触。结果表明,EMIM+和AC-的协同作用可以实现更好的钙钛矿结晶度、更有效的电荷传输和更低的非辐射复合,最终使器件的PCE从13.83%提高到了15.48%。此外,未封装的MPSCs在空气环境中(RH=50±5%)存放60天后,仍保持了初始PCE的90%,表现出良好的长期稳定性。(2)采用咪唑基离子液体1-丁基-2,3-二甲基咪唑四氟硼酸盐([BMMIm][BF4])作为添加剂来提高MPSCs的光电性能。[BMMIm][BF4]可以通过与非配位离子的缔合有效地促进钙钛矿的结晶和缺陷钝化,从而显著抑制电荷复合。特别是[BMMIm][BF4]提高了钙钛矿的价带顶,使其与碳的能级更匹配,这有利于降低能量损失,提高开路电压。另外,[BMMIm][BF4]的引入还有助于空隙填充,获得结晶致密的器件。最终该MPSCs获得了15.67%的PCE,相比标准器件PCE提高了14%。此外,该器件在长期稳定性上也有不俗的表现,具体而言,未封装器件在空气环境中(RH=50±5%)存放70天后,仍保持初始PCE的90%。这项工作表明,咪唑离子液体可以作为MPSCs中一种低成本且绿色环保的高效添加剂。
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