【摘 要】
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在环境问题日益严重的今天,清洁能源地使用极为重要,而太阳能是其中最重要的部分。光伏钙钛矿材料由于其具有制备简单,成本低廉的优势,同时兼具光吸收系数高、载流子传输距离长等优异光电特性,曾被评为2012年度十大科学发现之一,受到广大研究者的关注。目前钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性主要受到本征缺陷的影响,而钝化工程是缺陷态密度调控的重要方法,可以进一步提高效率和稳定性。本文着眼于对于钙钛矿活性层的钝化,
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在环境问题日益严重的今天,清洁能源地使用极为重要,而太阳能是其中最重要的部分。光伏钙钛矿材料由于其具有制备简单,成本低廉的优势,同时兼具光吸收系数高、载流子传输距离长等优异光电特性,曾被评为2012年度十大科学发现之一,受到广大研究者的关注。目前钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性主要受到本征缺陷的影响,而钝化工程是缺陷态密度调控的重要方法,可以进一步提高效率和稳定性。本文着眼于对于钙钛矿活性层的钝化,并调控了钙钛矿晶体的生长,获得了低缺陷态密度的钙钛矿薄膜,提高了钙钛矿太阳能电池的性能与稳定性,取得一些成果如下:(1)本文在光伏电池效率优化中研究了多羧基钝化剂对钙钛矿薄膜的影响。研究发现,钙钛矿的缺陷态密度随羧基数量的增多而减少,但是当缺陷态密度减少到一定程度时,对钙钛矿太阳能电池性能的提升就变小了。其次,多羧基钝化剂由于钝化位点多,不同钝化位点可能会和不同的钙钛矿八面体作用,这影响了钙钛矿内部的载流子迁移,使得经过多羧基位点钝化的器件的短路电流密度减小。另外,含羧基钝化剂的加入也会钙钛矿的结晶性和形貌产生影响。(2)引入了三氟甲基苯乙酸(TFPA)促进奥斯瓦尔德熟化(Ostwald ripening),发展了原位晶体生长控制(ICGC)策略来获得高质量的钙钛矿薄膜。在两步法FAI/MAX(X为Br和Cl)前驱体溶液中加入适量TFPA后,由于精确控制了奥斯瓦尔德熟化,达到了晶粒尺寸变大,缺陷密度减小的效果,原位晶体生长控制过程使钙钛矿平均晶粒尺寸从476 nm提高到625 nm,缺陷密度降低了3.18倍。高质量的薄膜使得钙钛矿太阳能电池(Sn O2/perovskite/Spiro-OMe TAD)的光电转换效率超过22.19%。此外,由于三氟甲基苯乙酸不溶于水的特性,使得修饰后的钙钛矿薄膜具有一定抵御水汽侵蚀的能力。通过使用原位晶体生长控制技术的钙钛矿太阳能电池可在氩气手套箱中储存2000小时光电转化效率几乎没有发生变化,而且把原位晶体生长控制技术制备的钙钛矿器件暴露在65-75%的高相对湿度条件下超过1500小时,仍然可以保留超过初始效率的85%以上。
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