有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的制備與穩(wěn)定性研究.pdf

1、近幾年來，基于有機無機雜化鈣鈦礦材料CH3NH3PbI3的第三代太陽電池——鈣鈦礦太陽能電池(Perovskite solar cells)備受人們關注，被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。得益于其制備成本低，光譜吸收效率高和載流子擴散長度長（＞1μm）等特點，這類電池得到了快速的發(fā)展。其光電轉換性能（Power conversion efficiency）在短短6年時間內已經達到了22.1％的NREL認證效率。盡管鈣

2、鈦礦太陽能電池的光電轉換性能不斷被刷新，鈣鈦礦薄膜在潮濕空氣中制備時易分解和器件不穩(wěn)定的問題仍舊限制著鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展。
　　本文從提高鈣鈦礦薄膜和器件的穩(wěn)定性入手，通過加入過量甲基碘化胺(CH3NH3I，MAI)到鈣鈦礦前驅體溶液中，抑制薄膜在空氣中分解，降低鈣鈦礦薄膜缺陷;通過使用具有自組裝功能的富勒烯材料(PCBDAN)修飾TiO2電子傳輸層，提高了平面結構的鈣鈦礦太陽能電池性能，同時抑制器件光電轉換效率在持續(xù)光照下的

3、衰減;最后，通過使用噴霧熱解法制備的NiO取代3，4-乙烯二氧噻吩聚合制備聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)作為空穴傳輸層，制備反型結構鈣鈦礦太陽能電池，并研究了器件的穩(wěn)定性。取得的研究結果如下:
　　(1)提出了一種在常規(guī)濕度空氣條件下(濕度～50％RH)制備高質量的鈣鈦礦薄膜的辦法:通過優(yōu)化鈣鈦礦前驅體中甲基碘化胺MAI過量的比例，控制鈣鈦礦薄膜在空氣中加熱的時間，得到由均勻晶粒組成且無孔洞的鈣鈦礦

4、薄膜。通過XRD分析，鈣鈦礦薄膜在潮濕空氣中加熱分解的問題得到解決。通過XPS分析，過量MAI可以抑制鈣鈦礦薄膜中金屬鉛(Pb0)的出現(xiàn)，同時鈣鈦礦晶體中的碘鉛比(I/Pb)從2.51提高到2.91，更加接近單個鈣鈦礦晶體中I/Pb成分的比例。通過熒光光譜(PL)和時間分辨熒光光譜(TRPL)測試表明，鈣鈦礦薄膜的PL強度提升了1倍，載流子壽命(τ)從25.4ns提高到101.8ns。最終，在空氣中制備結構為FTO/Compact Ti

5、O2/Mesoscopic TiO2/MAPbI/Spiro-oMeTAD/Au的正向支架鈣鈦礦太陽能電池的性能從14.06％提升到18.23％。
　　(2)以自組裝的富勒烯電子傳輸材料PCBDAN修飾二氧化鈦界面，制備結構為FTO/Compact TiO2/PCBDNAN/Perovskite/Spiro-oMeTAD/Au的平面鈣鈦礦太陽能電池。通過修飾，提高了鈣鈦礦薄膜的晶粒大小，加快了界面的電子傳輸，抑制了界面的缺陷對鈣鈦

6、礦薄膜的催化分解。最終，修飾后的平面鈣鈦礦太陽能電池的性能從13.64％提高到了16.78％。同時，未封裝的器件在7日持續(xù)光照后器件性能從低于20％提升到大于70％。
　　(3)用熱噴霧制備NiO取代3，4-乙烯二氧噻吩聚合制備聚（3，4-乙烯二氧噻吩）-聚苯乙烯磺酸(PEDOT∶PSS)作為空穴傳輸層，結合第二章鈣鈦礦制備的改進方法，組裝結構為FTO/NiO/Perovskite/PCBM/Ag的反型結構鈣鈦礦太陽能電池。最終電