反溶剂对CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜及器件性能的影响

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钙钛矿太阳能电池的光电转化效率在短短9年内从3.8%飙升至23.3%,这主要得益于钙钛矿材料优异的光电性能。在钙钛矿材料中,最具代表性的是甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)材料,其薄膜质量对电池性能至关重要。传统一步沉积法制备的CH3NH3PbI3薄膜由于其晶粒细小,覆盖度差而导致的电池效率低下,稳定性差等问题严重制约了其商业化发展。本文在传统一步沉积法制备CH3NH3PbI3薄膜的基础上通过添加反溶剂,制备了晶粒尺寸较大的CH3NH3PbI3薄膜,提高了电池效率和稳定性。本文主要展开了以下研究工作:(1)使用甲苯、氯苯和乙酸乙酯作为反溶剂采用一步沉积法制备了CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜。研究发现,使用甲苯制备的薄膜晶粒尺寸大,粗糙度小,电池效率最高。使用甲苯作为反溶剂制备的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的效率为14.66%,而未使用反溶剂的电池效率只有13.90%。(2)研究了甲苯与松油醇的混合体系作为反溶剂对CH3NH3PbI3薄膜生长过程的影响,结果发现松油醇可以有效降低钙钛矿薄膜的生长速度。在甲苯中添加10%松油醇时,制备的CH3NH3PbI3薄膜的晶粒尺寸增加到600-800 nm,薄膜表面粗糙度从26.4 nm下降到15.2 nm,电池效率从14.66%提高到18.26%。电池稳定性显著提高,在25℃,湿度为40%的黑暗环境中放置20天后仍能保持原有效率的80%。(3)使用毒性较小的异丙醇取代甲苯作为反溶剂,并研究了在异丙醇中添加不同比例松油醇对薄膜形貌及电池性能的影响。研究表明,在异丙醇中添加5%松油醇时,制备的CH3NH3PbI3薄膜粗糙度小,无针孔,晶粒尺寸达到了500-700 nm,制备的电池效率为16.64%。电池在25℃,湿度为40%的黑暗环境中放置10天后仍能保持原有效率的85%。
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