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亚胺-Cd配合物与溶剂加工MAPbI_3钙钛矿及其光电性能

哈藠  
【摘要】:有机-无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)为新能源太阳能电池应用提供了高效的方法,由于高效的电子传输能力及高光吸收系数,有效解决能源问题。钙钛矿太阳能电池具备应用优势,成为高性能和低成本制备光伏器件的首选。已通过国际认证,现今已经取得22%的光电转换效率。钙钛矿薄膜优化是通过提高钙钛矿结晶度和钙钛矿薄膜光电性能得以实现,设计方法一般包括:一步法和两步法及溶剂添加研究。经过多次实验证明,一步法得到的钙钛矿薄膜针孔较多且薄膜不够平整,因此,采用两步连续沉积方法制备钙钛矿太阳能电池。以溶剂工程为基础,将二甲基亚砜(DMSO)添加到碘化铅(PbI_2)前驱液中,可以提升钙钛矿太阳能电池的性能。本论文选择DMSO添加到甲基碘化铵/异丙醇(MAI/IPA)溶剂中处理已经形成的PbI_2薄膜,根据奥斯瓦尔德定律解释该现象,得到结晶度更高的钙钛矿晶体,形成针孔较少的钙钛矿薄膜。并且通过系列表征:紫外-可见-近红外吸收、荧光发射光谱测试、扫描电子显微镜测试等手段表征优化的钙钛矿薄膜具有较好的光吸收系数。因此,相应得到的钙钛矿太阳能电池效率明显提高,其光电转换效率从13.53%提升到15.51%。另外,选取4-叔-丁基吡啶(TBP)作为添加剂优化钙钛矿薄膜形貌及提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。溶剂添加最大的作用是对MAPbBr_xI_(3-x)纳米晶进行了很大的改性,具有很高的效率。近年来人们注意到纳米晶的生长提供了一种方法,可以解释所添加的溶剂对于钙钛矿晶体生长的优化方法。从而为钙钛矿前驱液优化提供了思路。因此,选用少量TBP添加到MAI/IPA溶剂中,试验证明TBP的添加大幅提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率,与之前DMSO的添加实验又进一步突破光电转换效率的提升。最终,TBP添加实验优化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率由13.28%提升到16.83%。希夫碱金属配合物是一类极具有荧光增强作用及紫外光区吸收作用的配合物,是稳定性极高的配合物。本论文选择廉价易得的IIB族的Cd(II)原子为中心原子的配合物,探索配合物(E)-2,6-二异丙基-N-((喹啉-2)亚甲基)苯胺·CdCl_2,即文中简称亚胺-Cd金属配合物的性质及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。由于亚胺-Cd金属配合物在紫外区吸收光谱并且在红外区460 nm处发射强的荧光光谱,这部分光可提供MAPbI_3层吸收,从而可提升效率。


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