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聚合物电荷传输材料在钙钛矿太阳能电池中的应用

王卫卫  
【摘要】:最近几年,钙钛矿太阳能电池因其材料良好的光电性能和迅速提高的器件效率,受到学术和工业界的广泛关注。很多有机太阳电池(OPV)和染料敏化太阳电池的研究小组逐渐将其领域内的材料和器件加工工艺应用到钙钛矿太阳电池中,并取得了较好的效果。本文综述了正置和倒置结构钙钛矿太阳能电池的发展历程,主要研究了聚合物电子传输材料在倒置结构钙钛矿太阳能电池中的应用以及聚合物空穴传输材料在正置结构钙钛矿太阳能电池中的应用。在倒置结构的钙钛矿太阳能电池中,PCBM等C60衍生物是目前最为常用的电子传输材料。但是,这些小分子材料具有光吸收弱,能级难以调节,提纯较难等缺点,影响其进一步应用。本文通过选择合适的聚合物材料(N2200等),取代小分子做电子传输材料制备倒置结构钙钛矿太阳能电池,获得了与PCBM器件较为接近的光电转换效率。综合数据发现,器件效率降低主要在于填充因子的降低,通过阻抗分析说明N2200器件具有较低的复合电阻,使激子复合速率增加,降低填充因子(FF)。我们还使用了另外两种聚合物电子传输材料,同样获得较好的器件效率,证明了聚合物电子传输材料在钙钛矿太阳能电池中的普适性。在正置结构钙钛矿太阳能电池中,Spiro-OMeTAD(小分子)及其类似材料和PTAA(聚合物)等材料是目前效率较高使用最多的空穴传输材料,但是,大部分这些材料需要一些添加剂来提高空穴迁移率提高器件效率,因此,本课题尝试使用不需要添加剂的聚合物空穴传输材料制备钙钛矿太阳能电池,器件效率为7.14%。从器件效率以及材料能级及光电特性上可知,要获得高效的太阳能电池,应当选择HOMO能级较低,LUMO能级较高,空穴迁移率较大的材料。


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