论文部分内容阅读
在有机无机杂化的卤素钙钛矿电池中,电子传输材料及其与吸收层之间的界面对提高光电转化效率起着重要作用。电子传输层的介观结构直接影响钙钛矿层的生长情况,而钙钛矿层的微结构决定了电池的稳定性和寿命。一维TiO2纳米阵列具有微结构高度规律有序,载流子传输速率高等许多独特、新奇的性能,成为有望替代传统的TiO2纳米晶成为太阳能电池的电子传输材料,是目前国内外专家重点研究项目之一。本文采用水热法制备TiO2纳米棒阵列薄膜作为电子传输材料,通过磁控溅射法在阵列薄膜与FTO衬底间插入致密TiO2阻挡层。研究结果发现TiO2阻挡层能够有效抑制电子空穴对在界面的复合,从而提高了开路电压。采用一步和两步化学溶液法制备了 CH3NH3PbI3钙钛矿层,发现两步法制备的CH3NH3PbI3晶体质量明显提高,有效增加了电池的短路电流,其光电转换效率比一步法提高了一倍。采用改进两步法制备的CH3NH3PbI3钙钛矿层结晶性能更好,电池效率有了进一步提升。同时采用扫描开尔文显微镜对CH3NH3PbI3/TiO2界面进行了初步探索。主要实验结果如下:1、采用一步法制备了 CH3NH3PbI3层,其最佳退火温度为100摄氏度,最佳电子传输层结构为50nm磁控溅射制备致密TiO2层及500nm水热制备TiO2纳米棒阵列。2、采用两步法制备CH3NH3PbI3吸光层相对一步法成膜质量高,能有效增加电子空穴对数量,减少层内复合,提升短路电流和光电转换效率,优化后的电池光电转换效率达到3.69%。3、采用改进两步法制备CH3NH3PbI3吸光层时,通过研究不同浸泡时间及不同PbI2蒸发量对电池性能的影响,发现PbI2蒸发量为0.15g,浸泡时间为30min时制备的CH3NH3PbI3相对于传统溶液两步法成膜质量更高,组装的电池性能最佳,优化后电池的光电转换效率达到5.92%。4、初步探索了扫描开尔文显微镜对CH3NH3PbI3/TiO2界面的电势差。黑暗条件下CH3NH3PbI3/TiO2界面处有270mV的电势差,光照条件下CH3NH3PbI3/TiO2界面处有554mV的电势差。