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锡卤化物钙钛矿太阳能电池的研究

高逢强  
【摘要】:有机无机卤化物钙钛矿作为一种新型的光电材料引起了人们广泛关注。然而铅钙钛矿太阳能电池在未来的大尺寸应用中将会造成环境污染的问题。因此发展一种环境友好的无污染的可替换铅的钙钛矿材料势在必行。尽管锡元素是一种比较有前景的能够替代铅的元素,但是利用锡元素制备的薄膜及器件因其不可控的结晶过程以及较低的转换效率限制了它的应用。本文采用了二元有机阳离子锡基钙钛矿(FA)_x(MA)_(1-x)SnI_3(x = 0.00、0.25、0.50、0.75、1.00)(FA = NH_2CH = NH_2~+,MA=CH_3NH_3~+)作为一种新型的功能层材料,研究显示随着FA增加其带隙由1.37 eV向1.27eV移动,通过优化有机阳离子FA和MA的比例,基于(FA)_(0.75)(MA)_(0.25)SnI_3钙钛矿光电器件我们获得了一个2.41%的最高转换效率和0.40 V的开路电压,这源于FA和MA共混改善的钙钛矿薄膜形貌和内部电荷俘获陷阱的减少。目前,锡基钙钛矿太阳能电池的器件性能还是较低,主要是由于Sn基钙钛矿在溶剂制备过程中结晶过快引起的多孔形貌和过高的LUMO能级。因此本论文第二部分工作是部分引入硫氰酸铅改善锡基钙钛矿的形貌和降低了LUMO能级。在这项工作中,通过在前驱体溶液中引入少量硫氰酸铅而制备了高度均匀和无针孔的钙钛矿薄膜。具有Pb添加剂的CH_3NH_3SnI_3(MASnI;)薄膜显示出950 nm的吸收边缘。此外,铅离子的加入可以降低Sn基钙钛矿材料的LUMO能级,这对增加PSC的开路电压是有益的。最终,基于MASnI_3我们获得一个填充因子为66%,开路电压为0.54 V,最大转换效率为6.03%的钙钛矿太阳能电池,实现了性能的增强。


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