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钙钛矿太阳电池吸收层形貌调控及其对器件光伏性能影响的研究

陈果  
【摘要】:有机无机卤化物杂化钙钛矿材料具有诸多优良的性能,如较高的吸收系数,优异的载流子迁移性能和能带位置、带隙可调等。在过去的几年里,其光电转效率已经达到了 22%。此外,钙钛矿太阳电池可以采用液相法制备,制作方法简便,成本低。这些都表明钙钛矿太阳电池具有巨大前景。要实现钙铁矿太阳电池的商业化,围绕效率提升研究工作必不可少。而钙钛矿薄膜形貌对钙钛矿太阳电池的性能影响最为关键,同时,钙钛矿太阳电池的吸收层形貌调控也是研究热点之一。因此,本论文主要围绕这一热点展开研究。论文的第一部分,主要提出了一种制备钙钛矿太阳电池的工艺,连续滴涂法。首先,在碘化铅(PbI2)前驱体溶液中引入与其成特定摩尔比的二甲基亚砜(DMSO),并利用传统液相两步法探索了钙钛矿成膜条件,研究发现,该方法制备的CH3NH3PbI3(MAPbI3)薄膜表明多孔粗糙,导致器件性能较差,效率不足7%。为了解决这一问题并提升器件效率,提出了连续滴涂法,通过该工艺制备出了表面形貌平整结晶性好的钙钛矿薄膜,并分析了中间相PbI2(DMSO)2对钙钛矿薄膜结晶性与形貌的影响,同时研究了 PbI2样品以及CH3NH3I(MAI)溶液浓度对薄膜形貌以及器件效率的影响,并将效率提升至14%。同时发现,利用连续滴涂法制备的钙钛矿薄膜存在开裂现象,阻碍了器件性能的提升。论文第二部分,针对薄膜开裂情况,进一步对连续滴涂法工艺进行了优化,分析了薄膜开裂的原因,对MAPbI3基钙钛矿太阳电池进行形貌调控以及性能提升进行了进一步的研究。利用连续滴涂法系统的分析了 PbI2前驱体溶液中PbI2与DMSO摩尔比对钙钛矿薄膜生长,形貌以及结晶性的影响。通过优化的PbI2前驱体溶液获得了致密并高度结晶的钙钛矿薄膜,相应器件性能优越,通过该工艺获得了平均效率为16.37±0.51%,最高效率为17.76%的器件。此外,作为比较,分析了制备工艺对钙钛矿薄膜形貌以及器件性能的影响,连续滴涂法工艺的优异性得到了进一步的体现。总之,本论文提出了一种简便的工艺,为制备高质量钙钛矿薄膜以及高重复性高效率钙钛矿太阳电池提供了一种新的有效的途径。


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