氣相輔助溶液法制備鈣鈦礦吸收層及其太陽電池光伏性能的研究.pdf

1、本論文以PbI2和PbCl2混合物的DMF溶液作為前驅(qū)體溶液，旋涂法制備了鹵化鉛薄膜，通過CH3NH3I蒸氣處理將其轉(zhuǎn)化為CH3NH3PbI3-xClx鈣鈦礦吸收層，組裝了結(jié)構(gòu)為FTO/c-TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/spiro-OMeTAD/Au的平板結(jié)構(gòu)太陽電池，研究了以PbI2的DMF溶液加入不同量的PbCl2作為前驅(qū)體溶液所制備的鹵化鉛薄膜及相應(yīng)的CH3NH3PbI3-xClx薄膜的化學(xué)組成、晶相、微結(jié)構(gòu)及光學(xué)性質(zhì)

2、，并比較了相應(yīng)鈣鈦礦太陽電池的光伏性能;采用氣相輔助溶液法制備了CH3NH3PbI3-xClx薄膜，研究了CH3NH3I氣相轉(zhuǎn)化溫度以及氣相轉(zhuǎn)化時(shí)間對(duì)CH3NH3PbI3-xClx薄膜的化學(xué)組成、晶相、表面形貌和光學(xué)性能的影響;使用氣相退火和溶液浸泡兩種方法對(duì)CH3NH3PbI3薄膜進(jìn)行Br摻雜，采用氣相輔助溶液法制備了CH3NH3PbI3-xBrx薄膜，研究了通過不同Br摻雜方法制備的CH3NH3PbI3-xBrx薄膜的化學(xué)組成、晶相

3、、表面形貌和光學(xué)性能的影響。
　　結(jié)果表明，不同量的PbCl2粉末加入到PbI2的DMF溶液獲得了鹵化鉛溶液，提高了前驅(qū)體溶液中Pb的濃度，EDS結(jié)果表明鈣鈦礦薄膜中存在Cl，成功的實(shí)現(xiàn)了鈣鈦礦薄膜的Cl摻雜。0.8mol·L-1 PbI2與0.2mol·L-1 PbCl2的DMF溶液混合作為前驅(qū)體溶液所制備的300nm CH3NH3PbI3-xClx薄膜作為鈣鈦礦吸收層所組裝的太陽電池表現(xiàn)出最好的光伏性能，獲得了15.70 mA

4、·cm-2的短路電流密度、930mV的開路電壓、69％的填充因子及10.12％的光電轉(zhuǎn)換效率;在空氣中，CH3NH3I氣相轉(zhuǎn)化溫度為130℃時(shí)，可以成功的將鹵化鉛薄膜轉(zhuǎn)化為CH3NH3PbI3-xClx薄膜。XRD結(jié)果顯示在130℃氣相轉(zhuǎn)化的CH3NH3PbI3-xClx薄膜的結(jié)晶度高于在140℃、150℃氣相轉(zhuǎn)化的CH3NH3PbI3-xClx薄膜。由130℃氣相轉(zhuǎn)化的CH3NH3PbI3-xClx薄膜所組裝的太陽電池獲得了17.79

5、 mA·cm-2的短路電流密度、980mV的開路電壓、73％的填充因子及12.62％的最優(yōu)光電轉(zhuǎn)換效率，平均轉(zhuǎn)化效率為12.13±0.49％;混合鹵化鉛薄膜通過130℃的CH3NH3I蒸氣處理，氣相轉(zhuǎn)化時(shí)間分別為200min，260min和320min都能完全轉(zhuǎn)化為CH3NH3PbI3-xClx薄膜，由氣相轉(zhuǎn)化時(shí)間為320min制備的CH3NH3PbI3-xClx薄膜的結(jié)晶度高于200min和260min氣相轉(zhuǎn)化的CH3NH3PbI3-

6、xClx薄膜。隨著氣相轉(zhuǎn)化時(shí)間的延長(zhǎng)，鈣鈦礦薄膜顆粒直徑在逐漸增大，顆粒間界面在減少，由氣相轉(zhuǎn)化時(shí)間為200min制備的CH3NH3PbI3-xClx薄膜所組裝的太陽電池獲得了17.79 mA·cm-2短路電流密度、980 mV的開路電壓、72.75％的填充因子及12.62％的最優(yōu)光電轉(zhuǎn)換效率;氣相退火和溶液浸泡兩種方法都能成功的對(duì)CH3NH3PbI3薄膜進(jìn)行Br摻雜，制備出CH3NH3PbI3-xBrx薄膜。沒有經(jīng)過處理CH3NH3P

7、bI3薄膜的厚度與通過Br摻雜制備的CH3NH3PbI3-xBrx薄膜的厚度沒有明顯的區(qū)別，氣相退火B(yǎng)r摻雜制備的CH3NH3PbI3-xBrx薄膜的表面和沒有經(jīng)過處理CH3NH3PbI3薄膜的表面是全覆蓋、致密、均勻的，而溶液浸泡法Br摻雜制備的CH3NH3PbI3-xBrx薄膜的表面變得不再致密，出現(xiàn)了許多的孔隙。由氣相退火B(yǎng)r摻雜制備的鈣鈦礦吸收層所組裝的太陽電池獲得了16.46 mA cm-2的短路電流密度、1010 mV的開路