【摘 要】
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与传统的正向结构钙钛矿太阳能电池相比,近年来出现的反向平面结构(p-i-n型)钙钛矿太阳能电池具有结构简单、易于制备等优点,吸引了众多科学家的目光。钙钛矿活性层作为太阳能电池的核心部分,其成膜性能至关重要,因此需要发展新型成膜方法及工艺以获得高质量的钙钛矿材料。反溶剂辅助的一步旋涂法(简称反溶剂法)是实验室制备钙钛矿薄膜的方法之一,具有操作步骤少、制备薄膜质量高等优点。因此,对反溶剂法的工艺进行系
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与传统的正向结构钙钛矿太阳能电池相比,近年来出现的反向平面结构(p-i-n型)钙钛矿太阳能电池具有结构简单、易于制备等优点,吸引了众多科学家的目光。钙钛矿活性层作为太阳能电池的核心部分,其成膜性能至关重要,因此需要发展新型成膜方法及工艺以获得高质量的钙钛矿材料。反溶剂辅助的一步旋涂法(简称反溶剂法)是实验室制备钙钛矿薄膜的方法之一,具有操作步骤少、制备薄膜质量高等优点。因此,对反溶剂法的工艺进行系统的优化研究,对获得性能良好的钙钛矿太阳能电池具有重要的意义。由于目前少有研究针对特定的反溶剂,结合前驱体溶剂比和反溶剂施加条件进行系统探索,本研究基于MAPb IxCl1-x体系钙钛矿太阳能电池,使用γ-丁内酯(GBL)和二甲基亚砜(DMSO)作溶剂,使用氯苯(CB)作反溶剂,对钙钛矿前驱体溶液的最佳溶剂比和反溶剂的最佳施加条件进行了探索。在此基础上,将富勒烯C60和C70通过反溶剂引入到了钙钛矿薄膜中,探索了该工艺对钙钛矿薄膜乃至电池性能的影响。主要研究内容如下:(1)在PbI2:PbCl2:MAI=1.25 M:0.15 M:1.3 M,溶剂为GBL和DMSO,反溶剂为CB的条件下,得到了钙钛矿前驱体溶液的最佳溶剂比为7:3(GBL:DMSO),CB的最佳施加条件为在钙钛矿前驱体溶液旋涂结束前第10 s快速滴加500μL CB。在此条件下,获得了平均光电转化效率为13.86%的太阳能电池器件。通过探索CB的施加条件对钙钛矿薄膜质量的影响,发现了随着反溶剂用量的增加,钙钛矿薄膜的晶粒逐渐减小至出现孔洞,钙钛矿薄膜内部未转化为钙钛矿相的Pb I2含量先减少后增多,过量Pb I2产生的同时薄膜结晶度下降,薄膜缺陷增多;随着反溶剂滴加时间的提前,钙钛矿薄膜表面出现孔洞,Pb I2含量增多,薄膜表面粗糙度变大,从而导致钙钛矿层和电子传输层之间的界面接触不良;(2)将C60和C70分别通过CB引入到了结构为ITO|PEDOT:PSS|MAPb IxCl3-x|PC61BM|Ca|Al的电池中,将电池的效率从11.89%分别提升到了13.81%和13.40%。这是由于C60或C70的引入使钙钛矿薄膜的晶粒变大,晶粒之间紧密相连,从而提升了电池的短路电流(Jsc)和填充因子(FF)。将C60和C70分别通过反溶剂引入到了结构为ITO|PEDOT:PSS|MAPb IxCl3-x|PC61BM|PEI|Ag的电池中,将电池的效率从13.38%分别提升到了14.76%和13.90%。同样,C60或C70的引入使钙钛矿薄膜的表面粗糙度降低,吸光度提升,从而提升了电池的开路电压(Voc)和Jsc。
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