基于α-Fe2O3电子传输材料的钙钛矿太阳能电池的性能优化

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近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其较高的光电转化效率和低的原料和生产成本受到广泛关注。目前高效率的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池通常采用TiO2作为电子传输材料,导致电池的长期光稳定性受到限制。基于α-Fe2O3电子传输材料的有机-无机钙钛矿太阳能电池具有良好的光稳定性,但此类电池的光电转化效率相对较低。本论文通过对α-Fe2O3电子传输进行修饰,以改进有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性;与此同时研究了基于α-Fe2O3电子传输材料的无机钙钛矿太阳能电池的光电性能,并对其进行了性能优化。采用[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester(PCBM)对α-Fe2O3修饰制备了α-Fe2O3/PCBM复合电子传输层,有效地增强了材料的电子抽取能力并提高了有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的结晶性,从而抑制了电池中载流子的复合,并因此明显提高了电池的短路电流和光电转化效率。基于α-Fe2O3/PCBM复合电子传输材料的钙钛矿太阳能电池转化效率达到了14.2%,较未优化的电池(12.1%)提高了近20%,且经过修饰后的未封装的电池在室温暗场下45天后电池效率仍能保持在初始值的95%以上。将α-Fe2O3应用到基于CsPbBr3-xIx无机吸光材料的太阳能电池中。由于CsPbBr3的DMSO前驱体浓度较低、结晶速度较快,制备出的CsPbBr3无机钙钛矿薄膜质量较差,其太阳能电池的光电性能也非常差。对CsPbBr3进行卤素替换优化后制备出了CsPbBr3-xIx(0≤x≤1.5)。I-的引入提高了无机钙钛矿前驱体的浓度,抑制了无机钙钛矿结晶速度。进而提高了无机钙钛矿薄膜质量,降低了无机钙钛矿的禁带宽度。当x=1.5时钙钛矿的能隙降低到了1.99eV,以CsPbBr1.5I1.5作为钙钛矿吸光层的α-Fe2O3基无机钙钛矿太阳能电池获得了1.09V的开路电压、12.79mA cm-2的短路电流密度和9.81%的光电转换效率。
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