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平面结构有机无机杂化钙钛矿光伏电池界面层优化

刘成元  
【摘要】:有机无机卤化物钙钛矿材料因其具有良好的光学和电学性质、可用低温溶液法加工和具有一定柔性,曾经被作为发光二极管材料和场效应晶体管材料得到一些研究。自从2009年钙钛矿电池出现,经过几年的发展,能量转化效率(PCE)已经达到22%。为了开发更简单的制备工艺,获得更加稳定的电池,本论文主要开展以下两方面的研究工作。1.TiO2/Mo O3掺杂PEDOT:PSS空穴传输层的作用研究把TiO2/Mo O3核壳结构纳米粒子,掺杂到PEDOT:PSS中作为钙钛矿电池的空穴传输层,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS:TiO2/Mo O3(40nm)/CH3NH3PbI3-x Clx(400nm)/C60(40nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的光伏器件,相对于以纯PEDOT:PSS作为空穴传输层的器件,电池的平均PCE从8.98%提高到11.75%,提高了31%,最好器件的PCE可达13.63%。更重要的是,器件的稳定性得到大幅提高,在空气中存储400小时后仍保持原有效率的92%,而参照器件已经完全失效。器件性能的改进主要归因于核壳结构纳米粒子可以作为钙钛矿层退火结晶过程的晶核促进钙钛矿结晶,获得更加致密的钙钛矿薄膜,同时TiO2/Mo O3的掺杂降低了PEDOT:PSS的吸湿性。2.F_(16)CuPc作为载流子传输层对钙钛矿性能的影响研究以F_(16)CuPc作为电子传输层,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS(40nm)/CH3NH3PbI3(400nm)/F_(16)CuPc(40nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的光伏器件,其PCE可达12.63%,与以富勒烯衍生物作为电子传输层的器件相当。在此基础上,采用F_(16)CuPc/PEDOT:PSS空穴传输层,器件性能进一步提高,最高PCE达到13.47%。研究结果表明F_(16)CuPc无论作为空穴传输层还是电子传输层都表现出优良的作用,相关机理还有待进一步研究。


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