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钙钛矿太阳能电池CH_3NH_3PbI_3吸收层的两步连续沉积制备工艺及性能优化

郝岩云  
【摘要】:基于有机铅三卤化物的钙钛矿太阳能电池作为新兴光电技术的代表,吸引了大量科研团体的关注。在钙钛矿太阳能电池的工作过程中,钙钛矿光吸收层起着重要的作用。本文利用两步连续沉积工艺制备了无Pbl2杂相的CH_3NH_3PbI_3薄膜,优化制备工艺条件,并研究了工艺参数对薄膜光电性能的影响。首先,利用两步连续沉积法生成CH_3NH_3PbI_3,并在75℃条件下退火制备CH_3NH_3PbI_3薄膜,研究制备工艺对薄膜性能的影响,结果表明,本文制备的CH_3NH_3PbI_3薄膜为具有立方钙钛矿结构的CH_3NH_3PbI_3晶体。PbI_2薄膜浸渍CH_3NH_3I溶液生成CH_3NH_3PbI_3薄膜后并立即退火,可以获得无PbI_2杂相、高结晶度的钙钛矿薄膜。浸渍液温度为20、40、60和80℃时,对应的光学带隙分别为:1.473、1.5、1.469和1.447 eV,满足太阳能1.45-1.5 eV的最佳吸收范围。浸渍液温度为40℃条件下,薄膜的吸收系数在4宰104 cm-1以上。另外,研究发现,滴加氯苯或异丙醇添加剂可有效地提高PbI_2薄膜的结晶度,从而提高CH_3NH_3PbI_3薄膜的质量。为进一步优化CH_3NH_3PbI_3薄膜性能,在介孔层Ti02与PbI_2膜层之间预旋涂一层CH_3NH_3I薄膜,研究预旋涂CH_3NH_3I对钙钛矿薄膜性能的影响。结果表明,预旋涂CH_3NH_3I薄膜,保证了无PbI_2相的存在,且表面形貌更加平整,板状结构消失,CH_3NH_3PbI_3薄膜生长良好。薄膜光吸收特性随CH_3NH_3I浸渍温度的升高先增大后减小。并且薄膜在紫外可见光范围内都有较好的光吸收性能,其透射率均在8%以下,而吸收系数均达到4*104 cm-1以上。40℃浸渍温度条件下,薄膜表面孔隙率降低。当PbI_2浓度为1.2mol/1时,预旋涂法的钙钛矿薄膜均匀性较好且更加致密,禁带宽度为1.508 eV,接近理想太阳能电池吸收层光学带隙。


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