非铅钙钛矿的组分调控及光电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaoyanger88
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截至目前为止,单节钙钛矿电池的光电转化效率已达到23.7%,已经超过了多晶硅电池的光电转化效率记录。但目前高效率的钙钛矿电池所采用的钙钛矿吸光层都是以Pb作为基础。而众所周知,Pb作为一种重金属元素,极易对人体和环境造成极大的破坏。因此,部分研究人员开始寻找Pb的替代品。Sn作为最优秀的替代品,目前Sn基钙钛矿电池的光电转化效率已经接近10%,有着不错的发展潜力。此外,无机Sn基钙钛矿相较于有机无机混杂Sn钙钛矿毒性更低,更为环保。对于一个优秀的吸光钙钛矿层薄膜,它得具有合适的薄膜性能。就厚度而言,要综合和载流子的输运及太阳光的吸收,不能过厚亦不能过薄。薄膜得拥有较好的结晶性以及其他性质。本文通过调节旋涂工艺、退火工艺、电池结构等。最终,在8000rpm旋转1分钟(10s时滴加氯苯),80℃退火5min,采用ITO/PEDOT:PSS/PVK/PC61BM/BCP/Al的电池结构时器件取得了最佳效率2.88%。对于光伏钙钛矿而言,卤素X位的组分调控尤为重要。I、Br比例调控是比较常用的用于调节钙钛矿的带隙的方式。早在Pb基钙钛矿MAPbI3太阳能电池的研究中,有着通过向卤素位掺杂少量的Cl用以增大钙钛矿的晶粒进而增强钙钛矿的稳定性以及减少薄膜中晶界处的复合。基于S-Q曲线的考虑,本文首先设定合适的I、Br的比例,将全无机Sn基钙钛矿的带隙调节到合适的区间由于太阳能电池中。在此基础上,向其中掺杂不同量的Cl,Cl的掺杂量在0%至10%调节,使得钙钛矿薄膜的带隙由1.34eV至1.58eV之间可调节。此外,Cl的掺杂一定程度上还抑制了Sn2+的氧化,提高了钙钛矿的稳定性。此外,Cl掺杂量为3.3%时,器件的电压有所提升的同时电流密度没有下降,取得了最高效率。
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