鈣鈦礦型太陽能電池的穩(wěn)定性及大面積制備的研究.pdf

1、隨著化石燃料等不可再生能源的不斷消耗，人類面臨的能源危機日趨重。因此，可再生能源太陽能越來越受到人們的重視。作為第三代太陽能電池，鈣鈦礦太陽能電池（PSCs）的活性層具有極高的消光系數，較大的載流子擴散長度及雙極性載流子傳輸等性能成為研究熱點。實現商業(yè)化應用，必須在提高光電轉化效率的基礎上，逐步提高PSCs在空氣中的穩(wěn)定性，突破器件大面積制備的瓶頸。本論文通過界面調控法制備高效鈣鈦礦太陽能電池，同時器件的穩(wěn)定性得到了極大地提高；另外通過

2、噴墨打印法制備出厚度均勻，粗糙度低及微米級鈣鈦礦晶粒尺寸的鈣鈦礦薄膜，從而實現了大面積高性能太陽能電池的制備，主要研究內容包括：
　　1.將高聚物聚乙烯亞胺（PEI）溶于二-甲氧基乙醇中旋涂于空穴傳輸層VOX上，通過對比處理前后鈣鈦礦前驅體溶液接觸角，發(fā)現處理前后接觸角由30.9°減小為15.1°，界面浸潤性得到了提高。制備出的鈣鈦礦薄膜，通過頂層掃描電鏡（SEM）發(fā)現，經過PEI處理后的薄膜覆蓋率由70％提高到了95%左右；截面

3、SEM表明，處理后的鈣鈦礦厚度從290 nm提高至320 nm；X射線衍射（XRD）表明，經過PEI處理后，鈣鈦礦結晶性得到了提高。
　　2.制備器件結構為 FTO/VOX/CH3NH3PbIXCl3-X/PCBM/LiF/Al的太陽能電池，發(fā)現由于鈣鈦礦薄膜厚度提高增加了光的吸收，經過 PEI處理后的器件量子效
　　率得到了提升，J-V曲線發(fā)現器件的短路電流密度提高，最高效率達到了14.4%，穩(wěn)態(tài)PL及電化學阻抗進一步證明

4、器件性能的提升。由于PEI的吸水性，將另外一層 PEI薄層至于 PCBM/PEI/LiF/Al，優(yōu)化后的器件至于自然條件下，經過10天后，器件效率下降不到10%，然而參考器件經過同樣的條件，效率下降了90%左右，相關實驗表明該界面處理可以大大提高器件在空氣中的穩(wěn)定性。
　　3.選用超浸潤介孔二氧化鈦作為噴墨打印基底，將PbI2溶于DMF、DMSO及兩者的混合液中，配置出質量分數為20%的溶液。通過DMP2831噴墨打印機制備碘化鉛

5、薄膜，通過調節(jié)打印參數、基板溫度及退火時間，主要因為 DMF和DMSO熔點及揮發(fā)性不同；由于溶劑揮發(fā)速度慢，沸點高，純DMSO溶液制備的PbI2薄膜表面粗糙度達到200 nm以上?；旌先芤褐苽涑龅腜bI2薄膜平整度較好，后期經過碘甲胺（MAI）處理后發(fā)現，形成的鈣鈦礦薄膜表面粗糙度為30 nm左右，晶粒尺寸達到微米級別。
　　4.通過噴墨打印制備器件結構為FTO/c-TiO2/m-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMe