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钙钛矿太阳能电池性能的改善及乙酰丙酮锆对器件FF的提升

张学文  
【摘要】:有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池的出现是近年来在光伏领域的一个重大科学突破,目前光电转换效率已经达到22.7%。但制约其商业化生产的一个很重要的因素是器件的稳定性,钙钛矿太阳能电池在水氧环境和高温、光照下容易发生性能衰减。本工作基于反型平面结构钙钛矿太阳能电池,通过改善器件结构和制备工艺来提高光电转换效率,并且使用了一种缓冲层乙酰丙酮锆ZrAcac,通过阻挡空穴/离子的扩散从而提高了器件的FF、PCE和稳定性。本工作通过对空穴传输层,钙钛矿活性层,电子传输层/缓冲层的制备结构和制备工艺进行了探索。使用CuSCN均和NiOx作为空穴传输层,器件性能相较于PEDOT:PSS长生了一定幅度的提升;将前驱液常用的三种极性溶剂DMF、DMSO、GBL混合在一起并寻找到一个合适的比例,DMF:DMSO:GBL=4:4:2时器件性能最高且成膜更好;此外,通过在活性层中掺入C1元素,使器件性能有了一定的提升并做了相关分析,对Au-PSC和Ag-PSC的性能做了对比,发现Au-PSC器件的填充因子有一定的提升,并且稳定性更好。最后,进行了电子传输层的探索,将溶解度低的富勒烯C60以一定比例掺入PCBM,发现可以有效的提升器件的电流和效率;将常用的几种缓冲层做了电流-电压性能对比,将性能最优异的BCP用在基于CuI空穴传输层的器件结构CuI/MAPbI3-xClx/PCBM:C60/BCP/Au,使器件效率得到了很大的提升;本工作我们用了一种缓冲层乙酰丙酮锆ZrAcac旋涂于PCBM上,使器件的填充因子从~68%提升到~79%,PCE从~14%提升到~17%。用紫外光电子能谱测得ZrAcac有低的VB能级,表明它可以阻挡空穴的传输,减少载流子复合。通过表面形貌表征和表面化学元素含量的测量发现I,MA和Pb元素可以从钙钛矿经过PCBM层进行扩散,破坏器件性能。ZrAcac分子可以填充PCBM膜层的孔洞从而有效的阻隔来自钙钛矿的离子/分子在PCBM层的扩散。测试结果表明PCBM/ZrAcac层可以减弱界面电荷的积累并降低漏电流,从而提高器件的FF和PCE。


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