具有钙钛矿结构的有机铅卤化物的制备及其光电性能的研究

【摘要】：有机铅卤化物钙钛矿材料是由有机分子和无机分子有序自组装形成的有机-无机杂合物，具有易加工性，且成本低廉，同时具备高的电子迁移率、光伏性质和热稳定性等，这使得这类材料在低成本太阳能电池器件的应用方面有着重要的发展前景。 本文主要选择了碘化铅作为无机组分，选择了不同的有机组元与其形成有机-无机类钙钛矿杂合物材料，进而取代传统有机染料制备了基于有机铅卤化物的太阳能电池器件。通过对类钙钛矿材料的XRD、SEM、UV-Vis，以及太阳能电池光电转换效率的表征，系统地探索了有机组元的不同对类钙钛矿杂合物晶体结构、可见光吸收光谱的影响，明确了钙钛矿太阳能电池中致密层、介孔层、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极等对器件效率的影响规律并得到了构建高效率钙钛矿太阳能电池的工艺参数。 其中，利用甲脒（NH2CH=NH）代替甲胺（CH3NH2），成功制备了甲脒铅碘（NH2CH=NH2PbI3, FAPbI3）钙钛矿材料，该材料的禁带宽度为1.43eV，价带位置在-5.4eV。通过组装电池器件，深入研究了甲脒铅碘以及氯掺杂的甲脒铅碘（FAPbI(3-x)Clx）的光伏特性，获得了7.51%的光电转换效率。值得强调的是，新合成的甲脒铅碘较传统甲胺铅碘具有更合适的禁带宽度和更高的热稳定性，是一种非常有前景的光伏材料。