基于纳米阵列和分子铁电的全无机钙矿太阳能电池的研究

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近年来,无机钙钛矿太阳能电池凭借其优越的热稳定性以及良好的光伏性能吸引了研究者们的研究兴趣,短短几年间器件效率达到了 19%。然而,较宽的光学带隙以及较苛刻的成膜条件限制了器件的光利用率与高质量活性层的获得,同时差强人意的薄膜质量对载流子传输层提出了更高的要求,使得其器件效率仍远低于理论极限。在前人的研究中我们发现,拥有如介孔、阵列等微结构的载流子传输层可以解决以上问题,同时,对提高器件稳定性、抑制钙钛矿太阳电池中不同结构层的裂纹成核也有着显著的作用。最近,也有研究者将铁电材料引入钙钛矿电池中,通过其自发极化电场以寻求器件性能的提升,也取得了一定效果。基于以上思路,本文分别于无机钙钛矿太阳能电池中引入纳米棒阵列结构的氧化钛电子传输层以及分子铁电氯苯乙胺铅碘并对其性能进行研究。(1)通过引入氧化钛纳米棒阵列,无机钙钛矿成膜质量得到了提升,平均晶粒尺寸提升了≈4%,器件整体的光学吸收得到了加强,同时阵列结构促进了载流子的分离与传输,抑制了界面复合,光电转换效率也由10.04%提高到了 11.35%,器件在50℃条件下存放240小时后效率仍保持了初始值的60%。同时,基于纳米棒阵列结构的柔性钙钛矿器件在7 mm的曲率半径下弯曲300次后,效率仍保持在初始值的50%,表现出了良好的弯曲稳定性。(2)分子铁电引入的自发极化电场促进了载流子的分离与传输,器件的开路电压由0.94 V提升到了 0.98 V,光电转换效率由4.7%提升到了 7.1%,同时其疏水有机官能团保护了无机钙钛矿活性层,掺杂器件的湿稳定性也得到了显著提升。以上两项工作都为未来获得稳定高效的全无机钙钛矿太阳能电池提供了一定的借鉴和参考。
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