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基于聚噻吩酸盐的空穴传输材料在倒置钙钛矿太阳能电池中的应用

游耿书  
【摘要】:在过去的十年里,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池光电转换效率由3.8%迅速提高到了25.2%。作为理想的第三代太阳能电池材料,钙钛矿具有吸光系数大、激子结合能小、载流子扩散距离大等突出优点,其潜在应用前景在太阳能领域引起了一波研究热潮。钙钛矿太阳能电池常规器件结构主要有介孔结构、正向平面异质结结构、倒置平面异质结结构,其中倒置平面异质结结构因为其可以全溶液制备,制备过程相对简单,因而受到研究人员广泛应用。本文针对倒置钙钛矿常见的空穴提取和传输问题,进行了相关研究并提出了相应的解决方法。(1)共轭聚电解质空穴传输材料存在空穴迁移能力较弱、容易团聚的缺点。针对这一问题,我们进行了研究分析并提出了小分子修饰的解决方案。通过引入三(五氟苯基)硼烷(TPB)对P3CT-K进行简单修饰,P3CT-K薄膜的团聚现象得到了有效改善,同时也提高了薄膜的空穴迁移能力。P3CT-K(TPB)可以有效地提取和传输光生空穴,有利于钙钛矿(MAPb I_3)的结晶以获得更大的晶粒、非辐射复合的减少和载流子寿命的提高。因此,最终器件短路电流与开路电压得到了显著提高,器件光电转换效率最高达到20.7%。(2)氧化镍也是倒置钙钛矿太阳能电池常用的无机空穴传输材料。我们针对氧化镍材料与钙钛矿界面接触存在晶格失配、空穴提取能力弱的问题进行了分析和研究,提出了使用共轭电解质修饰的解决方法。在通过工艺优化获得较优的器件性能的基础上,我们引入前文构建的P3CT-K(TPB)作为表面修饰材料,有效解决了氧化镍与钙钛矿界面处的接触问题。最终器件达到了20%以上的光电转换效率,提高幅度达到了28%。


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