基于磷酸酯类添加剂的钙钛矿光电器件的稳定性研究

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钙钛矿太阳能电池(PSCs)是一种具有优异光吸收能力、较宽的吸收波长、和较高载流子迁移率等特点的新型光伏器件,其光电转换效率已经突破了25%,正在逐步逼近传统的单晶硅太阳能电池,由其于制造成本低廉、能够被大面积生产、还能被制备在柔性基底,所以钙钛矿太阳能电池被业界普遍认为是非常具有应用前景的新型光电池。钙钛矿发光二极管(PeLED)是一种具有高光致发光量子效率、较窄的发射线宽等优异光电特性的发光器件,其内部量子效率接近100%。绿光和红光器件在最近突破了20%的外量子效率,蓝光器件也有超过了12%的效率,因此Pe LED在显示领域有非常大的应用潜力。尽管钙钛矿器件的光电转换效率在近几年得到了飞速发展,但是器件稳定性是制约其成功商业化的主要原因,而如何提高器件稳定性是当前亟待解决的问题。(1)全无机钙钛矿太阳能电池CsPbI2Br的光电转换效率已经超过了16%,但水氧稳定性问题严重制约其商业化发展。因此我们加入了一种9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)添加剂来提高钙钛矿CsPbI2Br的稳定性。结果显示,经过修饰的器件达到了11.04%的光电转换效率,并且在10天后维持87%的初始效率,而参比器件仅具有初始效率的80%。(2)我们通过引入了一种新型钝化剂苯乙基桥链9,10-二氧-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DIDOPO)来优化CsPbBr3:PEACl体系的钙钛矿薄膜形貌,钝化剂的加入能够提高Pe LED器件性能。鉴于磷氧基团可与钙钛矿相互作用,DIDOPO能够提高薄膜的致密度,减少了漏电流;降低薄膜的表面粗糙度,增强了钙钛矿层与空穴传输层和电子传输层的接触,更有利于空穴和电子的注入;减少缺陷态的产生和增加了载流子的寿命从而降低了激子非辐射复合的概率,提升发光效率。最终经过钝化的钙钛矿LED最大的外量子效率达到了4.11%,亮度达到了737.69cdm-2。对比例LED最大效率为3.87%,亮度为360.32cdm-2,效率和亮度均得到了提升。此外,DIDOPO的加入有利于薄膜疏水性的提高,能够提升钙钛矿薄膜防水汽侵蚀的能力,最终提升钙钛矿LED的稳定性,经钝化的器件的在350cdm-2的发光亮度下,器件寿命(t50)的时间为215秒,而对比器件的t50的时间为120秒。
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