【摘 要】
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有机-无机杂化卤化物钙钛矿是近年来引起人们极大关注的一种光伏材料,经过几年的发展,其太阳电池效率已经达到25.5%,已经超过所有其它薄膜电池。要实现钙钛矿太阳电池商业化,高通量制备高质量钙钛矿薄膜是必须进程。然而,钙钛矿薄膜在退火过程中存在残余晶格应力导致晶体结构不稳定和电荷传输受限。针对上述关键问题,本论文基于刮涂印刷制备的钙钛矿薄膜,通过添加剂工程有效减少印刷钙钛矿膜的晶格应力/应变,从而实现
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有机-无机杂化卤化物钙钛矿是近年来引起人们极大关注的一种光伏材料,经过几年的发展,其太阳电池效率已经达到25.5%,已经超过所有其它薄膜电池。要实现钙钛矿太阳电池商业化,高通量制备高质量钙钛矿薄膜是必须进程。然而,钙钛矿薄膜在退火过程中存在残余晶格应力导致晶体结构不稳定和电荷传输受限。针对上述关键问题,本论文基于刮涂印刷制备的钙钛矿薄膜,通过添加剂工程有效减少印刷钙钛矿膜的晶格应力/应变,从而实现空气中全印刷高效率钙钛矿太阳电池。1.针对钙钛矿残余晶格应力导致电荷传输受限问题,本文以空气中印刷甲胺基钙钛矿薄膜为载体,通过引入甲基溴化胺(MABr)添加剂减小钙钛矿薄膜晶格应力,从而首次实现效率超过20%的钙钛矿太阳电池绿色溶剂全印刷制备。研究发现:基底温度是影响高粘钙钛矿前驱液在基底上流动性和润湿性的关键因素,通过控制流动性获得了平整均一钙钛矿薄膜;进一步加入微量甲基溴化胺添加剂,有效降低了钙钛矿薄膜在退火中的晶格应变和残余晶格应力,减少了晶格间缺陷态的形成,有效增加了钙钛矿薄膜电荷传输。最终,基于绿色溶剂全印刷制备的太阳电池获得20.21%的效率(平均效率为19.27%),媲美传统采用毒性溶剂小面积旋涂法制备的太阳电池效率。该工作针对钙钛矿晶格应变—电荷传输关联研究和全绿色溶剂制备策略推动了钙钛矿太阳电池环保型高通量制备。2.针对钙钛矿残余晶格应力导致甲脒基钙钛矿晶相不稳定的问题,本文以空气中印刷甲脒基钙钛矿薄膜为载体,通过引入离子液体锚定在钙钛矿晶体表面消除晶格残余应力,稳定晶相,从而实现效率超过22%的甲脒基钙钛矿太阳电池空气中全印刷制备。研究发现:离子液体的有机阳离子锚定在钙钛矿晶体表面,与Pb-I-Pb无机层发生相互作用从而降低α-晶相晶格应变,因此实现了高电荷传输和α-晶相稳定的甲脒基钙钛矿薄膜,基于高质量的甲脒基钙钛矿薄膜,全印刷太阳电池获得了 22.03%的光电转换效率,是空气中全印刷制备钙钛矿电池最高效率之一。该工作针对晶格应变—晶相关联研究推动了稳定高效钙钛矿太阳电池印刷制备。
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