低温制备纯溴钙钛矿太阳电池及其性能研究

来源 :华北电力大学(北京) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sharpsmile
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甲胺铅溴钙钛矿材料因其较大的带宽,虽单独作为吸光层优势不大,但其作为叠层电池的窗口层有很大的应用潜力。同时,甲胺铅溴钙钛矿材料相对纯碘钙钛矿对湿度及热的稳定性更好,因此近年来得到了广泛研究。但是目前报道的甲胺铅溴钙钛矿太阳电池效率仍然较低,不同的薄膜制备工艺及反溶剂种类对其光电性能有重要影响。此外,甲胺铅溴钙钛矿太阳电池中多应用富勒烯和TiO2作为电子传输层。富勒烯存在与钙钛矿前驱体溶液浸润性较差,且会溶于DMF中的问题,而TiO2的制备需要高温,且具有光催化作用,导致电池不稳定。因此,探索新的低温电子传输层及甲胺铅溴钙钛矿材料的制备工艺,对甲胺铅溴钙钛矿太阳电池的发展及应用至关重要。本文首先采用一步反溶剂法和气相辅助溶液法分别制备甲胺铅溴钙钛矿太阳电池。通过SEM和XRD表征发现,一步反溶剂法制备的薄膜表面更加平整光滑,结晶性更好。将薄膜组装成电池得到一步反溶剂法制备的电池效率为5.88%,气相辅助溶液法制备的电池效率为3.65%,因此采用一步反溶剂法制备钛矿薄膜。在确定薄膜制备方法的基础上,本文进一步探究了不同反溶剂和离子液体(IL)对电池性能的影响。通过SEM和UV-vis表征发现,甲苯作为反溶剂制备的薄膜平整致密,且薄膜对光的吸收更强,因此更适合作为反溶剂使用。通过薄膜光透过率表征及瞬态PL表征,发现1-苄基-3-甲基咪唑氯化物相对于1-乙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐对FTO的透过有增强作用,同时电子的传输速度更快,因此制备的电池效率更高。在确定甲苯作为反溶剂,1-基-3-甲基咪唑氯化物为离子液体的基础上,通过制备C60和离子液体的单层以及制备顺序不同的复合电子传输层,对不同结构上制备的钙钛矿薄膜进行表征。并进一步组装电池探究其电池性能,确定最佳低温电子传输层。从SEM和AFM的测试结果发现,与C60、IL、C60/IL结构相比,生长在IL/C60结构上的甲胺铅溴薄膜更加均匀平整。通过XRD和UV-vis表征可知,不同结构的电子传输层对甲胺铅溴钙钛矿薄膜的结晶性及吸收并不会产生影响。进一步通过稳态PL和瞬态PL测试可知,钙钛矿与IL/C60 电子传输层接触后载流子能更快地被传输走。将不同电子传输层制备的钙钛矿薄膜组装成电池,通过光电性能测试测得IL/C60电子传输层上制备的钙钛矿太阳电池光电性能最佳,其转换效率为5.88%,短路电流、开路电压、填充因子分别为6.14 mA/cm2、1.39V、69%,基于IL结构制备的器件,由于钙钛矿前驱体溶液对离子液体的溶解作用,效率最低仅为1.59%。基于C60和C60/IL结构制备的甲胺铅溴电池效率介于上述两种结构之间分别为2.24%和2.41%。
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