【摘 要】
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近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)已经成为光伏领域的超级明星,引起了科学界和工业界的广泛关注。然而,材料中易挥发的有机成分导致其先天性光热稳定性差,阻碍了PSCs的商业化应用。铯基全无机钙钛矿因其优异的光稳定性,热稳定性和快速刷新的光电转换效率(PCE)而备受关注,为制备更稳定的PSCs提供了新的可能。相较于CsPbI3无机钙钛矿,CsPbI2Br具有较低的相变温度和更为合适的容忍因
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近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳电池(PSCs)已经成为光伏领域的超级明星,引起了科学界和工业界的广泛关注。然而,材料中易挥发的有机成分导致其先天性光热稳定性差,阻碍了PSCs的商业化应用。铯基全无机钙钛矿因其优异的光稳定性,热稳定性和快速刷新的光电转换效率(PCE)而备受关注,为制备更稳定的PSCs提供了新的可能。相较于CsPbI3无机钙钛矿,CsPbI2Br具有较低的相变温度和更为合适的容忍因子,在室温下表现出良好的空气稳定性和热稳定性,且具有合适的带隙(1.91 e V),可以作为顶电池应用在叠层太阳电池,因此受到人们的广泛关注。然而,无机CsPbI2Br PSCs的PCE仍远低于有机-无机杂化PSCs,且在空气环境中容易相变。因此,本论文通过界面修饰和掺杂改性的方法来优化钙钛矿薄膜的光电性能,制备高效稳定的无机CsPbI2Br PSCs。下面是主要的研究内容:(1)利用离子液体改性CsPbI2Br钙钛矿薄膜,系统地研究了一系列具有不同阳离子和阴离子的咪唑基离子液体(IILs)对无机CsPbI2Br钙钛矿的钝化机理。IILs中的阴离子可以与钙钛矿薄膜表面和晶界处的Cs+和Pb2+形成离子键,能有效地钝化Cs+/I-空位及Pb相关缺陷,且在钙钛矿和空穴传输层之间起到桥梁作用,实现电荷的有效提取和转移;同时,增加钙钛矿表面的疏水性,进一步提高器件的稳定性。上述效应的共同作用抑制了CsPbI2Br PSCs的非辐射复合损耗,并使其PCE达到17.02%。此外,经IILs界面修饰的器件具有更好的环境和光照稳定性。这些结果为深入理解IILs对无机CsPbI2Br钙钛矿的钝化机理提供了重要参考。(2)研制了三种卤化甘氨酸盐(Gly-X)作为钝化剂来改善CsPbI2Br光电性能。Gly-X不仅可以调控钙钛矿的结晶过程,提高晶体质量,还可以沿着三维(3D)钙钛矿的晶界生成二维(2D)Gly2Pb I4钙钛矿,阻止卤离子的迁移,增强钙钛矿的光稳定性。因此,2D Gly2Pb I4抑制了相分离,显著提高了光伏器件的长期运行稳定性。基于2D/3D混合结构的CsPbI2Br PSCs开路电压达到1.33 V,电池效率达到17.26%。未封装的器件在空气中老化50天后,其效率仍可保持在初始效率的96.6%。在环境条件下连续照射(AM 1.5)340小时后,封装器件的效率维持了初始效率的85.9%,这是迄今为止报道的最稳定混合卤化物无机PSCs之一。
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