【摘 要】
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随着社会的飞速发展,能源短缺的问题越来越明显,为了能够实现可持续发展的目标,对可再生清洁能源的研究迫在眉睫。太阳能电池是利用光生伏打效应将光能转换为电能的装置,而钙钛矿太阳能电池凭借优异的光伏性能吸引了众多研究者的目光,目前,其最高认证光电转换效率已提升至25.7%。虽然,钙钛矿太阳能电池在光伏领域中展现出强大的应用潜力,但是,实现其商业化的应用仍旧面临很多问题。如存在钙钛矿太阳能电池各层材料的能
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随着社会的飞速发展,能源短缺的问题越来越明显,为了能够实现可持续发展的目标,对可再生清洁能源的研究迫在眉睫。太阳能电池是利用光生伏打效应将光能转换为电能的装置,而钙钛矿太阳能电池凭借优异的光伏性能吸引了众多研究者的目光,目前,其最高认证光电转换效率已提升至25.7%。虽然,钙钛矿太阳能电池在光伏领域中展现出强大的应用潜力,但是,实现其商业化的应用仍旧面临很多问题。如存在钙钛矿太阳能电池各层材料的能级匹配度差、钙钛矿薄膜表面及晶界处存在大量的缺陷态以及钙钛矿太阳能电池中的离子迁移等问题,以上因素严重限制了其实用化进程。因此,为了提升钙钛矿太阳能电池的光伏性能,我们从能级的调整优化、钙钛矿活性层表面及内部缺陷钝化的角度着手展开系统地研究工作。在我们研究的钙钛矿太阳能电池中,钙钛矿吸收层均采用有机无机杂化钙钛矿结构(Cs(FAPb I3)x(MAPbBr3)1-x)。论文的具体研究内容分为以下三个方面:(1)采用蒸镀法,在介孔二氧化钛/钙钛矿界面处,引入一层银铋硫无机化合物(AgBiS2)。银铋硫的引入不仅提升了二氧化钛与钙钛矿能级的适配性,而且提高了载流子在二氧化钛/钙钛矿界面处的迁移速率。同时,硫元素能够钝化钙钛矿中的铅空位,从而制备出高效率高稳定性的钙钛矿太阳能电池。经过优化后,制备出了光电转换效率为19.19%的钙钛矿太阳能电池,修饰后的器件能够在外界环境中保持良好的湿度及紫外稳定性。(2)对传统的溶剂退火法进行改进,将单一溶剂退火的溶剂源转变为溶剂与溶质的混合物,即将二甲基亚砜与聚乙二醇进行混合,制备出全新的热溶剂源(DMSO-PEG),用以对钙钛矿薄膜实行溶剂退火的策略。最后,将银铋硫修饰层与溶剂退火的方法同时应用于器件中,进而,制备出高效率高稳定性的钙钛矿太阳能电池。实验结果表明,聚乙二醇的引入不仅能够延缓钙钛矿薄膜的结晶速率,提升钙钛矿薄膜的质量,而且能够与钙钛矿表面的铅空位产生相互作用,进而钝化钙钛矿表面处的铅离子空位缺陷,有效地抑制了光生载流子在钙钛矿界面处的复合。最终,整合后器件的光电转换效率达到21.19%,其水稳定性也得到了明显地提升。(3)界面修饰策略是降低界面处缺陷态密度,进而制备出高效率高稳定性钙钛矿太阳能电池的最有效方法之一。因此,我们采用界面修饰策略,在钙钛矿/空穴传输层界面处引入钙钛矿结构的铯铜碘纳米晶(Cs3Cu2I5NCs)修饰层,利用多阳离子卤化物钙钛矿纳米晶的固相扩散,去修复钙钛矿薄膜表面及晶界处的缺陷,其中铯离子、铜离子的分布对离子缺陷钝化的效果影响较大,最终,实现了高效稳定的钙钛矿太阳能电池。经界面修饰的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为22.03%,并且,显著地抑制了迟滞现象的发生,提高了电池的稳定性。
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