纳米晶对于钙钛矿薄膜结构及器件光伏性能的调控

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随着当前国际范围日益加剧的环境污染和化石能源短缺,太阳能电池发电作为一种可再生能源的利用形式得到了蓬勃发展。由于自身有着极其优异的光电特性(强吸光系数、载流子扩散距离长等),钙钛矿材料作为太阳能电池的活性吸光层引起了人们越来越多的关注。本论文通过研究纳米晶体颗粒对钙钛矿薄膜层的结构控制,探索了进一步改善钙钛矿太阳能电池器件性能的可能性。第二章主要研究了Pb S量子点对MAPb I3钙钛矿器件光伏性能的影响。MAPb I3薄膜中引入适量的Pb S量子点能够减少MAPb I3钙钛矿内部由于离子迁移造成的结构缺陷,提高钙钛矿薄膜器件的光电性能。为了使Pb S量子点和MAPb I3薄膜具有一定的结构相容性,利用热注射法制备的Pb S量子点表面的油胺、油酸长链分子须经过配体交换步骤部分交换成了I离子。在对引入Pb S量子点的MAPb I3薄膜进行了系统的光伏表征后,我们对具有相似结构的FAPb I3薄膜也做了系统的比较。为了进一步提高钙钛矿薄膜的质量,我们在第三章中以单独合成的MAPbBr3量子点纳米晶作为晶种对MAPbBr3薄膜的成核步骤进行控制,改进经典的反溶剂辅助方法得到了MAPbBr3薄膜。在分散于反溶剂中MAPbBr3量子点的作用下,MAPbBr3薄膜沿<111>方向择优生长,薄膜表面形貌呈三角锥状。我们进一步利用该薄膜构造具有正式结构的钙钛矿太阳能电池器件,并与未采用晶种的反溶剂辅助制备的MAPbBr3薄膜进行比较,用该方法制备的电池具有较高的光电转换效率。第四章中主要研究了MAPbBr3薄膜厚度对光电转化过程的影响。我们发展了喷雾沉积的方法,得到了厚度可达100μm的钙钛矿多晶薄膜。利用预合成MAPbBr3晶体作为前体形成的前驱体溶液得到的钙钛矿薄膜,其电池效率远高于利用MABr及PbBr2前体溶液得到的钙钛矿薄膜电池。厚膜太阳能电池仍然可以达到4%以上的光电转化效率。我们认为,在单晶前驱体溶液中可能存在的MAPbBr3纳米晶对降低钙钛矿薄膜的缺陷密度以及提升电池器件的效率起到关键作用。
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