基于超薄金属电极的柔性钙钛矿光电器件的研究

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柔性钙钛矿太阳能电池,是在硬质钙钛矿太阳能电池的基础上发展起来的一种新型柔性薄膜电池,通过使用多种柔性衬底,可以达到可弯曲、可折叠的目的,大大拓宽了钙钛矿太阳能电池的应用场景。基于超薄金属电极的柔性钙钛矿太阳能电池在实验室中可以实现良好的柔性应用,它的技术关键在于选择合适的柔性衬底、制备高性能的超薄金属电极以及完善柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺。本论文从后两个角度出发,通过使用金属-高分子混合诱导成核种子层制备高性能的超薄金属电极,并探究其作用机理;通过使用超薄PEI,降低二氧化锡电子传输层的加工温度,使其与不耐高温的柔性高分子衬底兼容,制备ITO-PEN基柔性钙钛矿太阳能电池;在上述研究的基础上完善制备工艺,以超薄金薄膜为透明导电电极制备高度柔性的n-i-p型柔性钙钛矿太阳能电池。全文主要工作如下:1)研究了金属-高分子混合诱导成核种子层对超薄银薄膜生长机理及性能的影响。通过使用Au/PEI双层结构的新型诱导成核种子层,成功制备了渗滤阈值厚度只有3 nm的高性能超薄银透明导电薄膜。Au/PEI/8 nm Ag/30 nm Ta2O5(APAT)电极表现出的光电性能可比肩目前的商用ITO,同时也表现出了出色的环境稳定性和ITO所不具备的高度机械稳定性。2)研究了超薄PEI层对于二氧化锡电子传输层和柔性钙钛矿太阳能电池的影响。通过旋涂水洗的方式将超薄PEI层插入ITO透明导电电极和二氧化锡电子传输层之间,利用超薄PEI层中长链高分子上的高密度胺基,将ITO透明导电电极和二氧化锡电子传输层牢牢地吸附在一起,降低了二氧化锡电子传输层的退火温度(<100℃),将制备工艺与高分子衬底兼容,成功制备了能量转化效率为16.3%的ITO-PEN基柔性钙钛矿太阳能电池。3)将前两部分的工作结合在一起,使用金属-高分子混合诱导成核种子层制备SnO2/Au/SnO2(SAS)电极,将其作为柔性钙钛矿太阳能电池的透明导电电极。制备的SAS-PEN基柔性钙钛矿太阳能电池的能量转化效率达到了10.9%,并具有极佳的柔性,对于未来可穿戴光电器件的研发具有重要意义。
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