食品添加剂改性SnO2基钙钛矿太阳能电池及光电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:heyouzhang034
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钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于卓越的光电转换性能与较低的制造成本而引起全球研究者的极大重视。在平面PSCs中,电子传输层(ETL)是一个关键的组成部分,它有助于提取光生电子,然后将其运输到阳极。与ETL常用材料Ti O2相比,Sn O2具有高电荷迁移率和化学稳定性,是作为ETL最有前途的替代品,但是尽管使用了Sn O2,迟滞问题仍然存在。对于PSCs,部分的研究工作是注重改善钙钛矿薄膜的组成和质量,同时也越来越多地意识到PSCs中界面的重要性。将食品添加剂脱氢乙酸钠(SDA)和谷氨酸钠(MSG)引入到PSCs中,采用添加剂工程策略的SDA-MAPb I3-PSCs器件光电转换效率(PCE)为16.83%,迟滞因子为33.99%。而同时利用界面工程策略的MSG-Sn O2-MAPb I3-PSCs器件的效率达到16.50%,迟滞因子为19.21%,且混合阳离子型结构的钙钛矿材料也在提高电池效率和稳定性方面表现出了一定的优势。在FAx MA1-x Pb I3体系中,x=0.5时(FA0.5MA0.5Pb I3)的电池器件光电转换效率达到16.28%,迟滞因子为11.49%。最优器件结构为MSG-Sn O2-FA0.5MA0.5Pb I3-PSCs,电池效率从16.07%提升到17.10%,迟滞指数从10.52%降低到4.56%。在大气环境中,无任何封装保护,MSG-Sn O2-FA0.5MA0.5Pb I3-PSCs器件经过1320 h后PCE能够达到初始值的91.25%。MSG含有两性离子形式(NH3+CHn COO-),可以通过NH3+和COO-基团的相互作用将钙钛矿层与Sn O2电子传输层交联,且Na+抑制I-的迁移,同时在界面处形成了电偶极层辅助电子传输层的功函数降低、电子迁移率明显增大,钙钛矿层具有更强的淬灭效果、较小的平均衰减寿命,增强了ETL/Perovskite的能级匹配性、加速电荷提取、减少载流子损耗和界面电荷积累,从而抑制迟滞效应,提高电池整体性能。
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