溶液法制备的CH3NH3PbI3薄膜的结构及光学性能

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近年来,基于有机金属卤化物(CH3NH3PbI3,MAPbI3)吸收层的钙钛矿太阳能电池得到迅速发展,已从2009年的4%左右飙升至20.8%。由于MAPbI3的具有宽的光谱吸收度范围、可低温制备等优点,因而成为目前最有前途的低成本太阳能电池材料之一。本文采用两步溶液法在介孔TiO:电极上制备MAPbI3薄膜。借助X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱(EDS)等手段对薄膜的结构、形貌、成分进行表征,采用紫外可见分光光度计(UV-Vis)和光致发光谱(PL)表征薄膜的光学性能。探究研究主要工艺参数对薄膜的结构、形貌及光学性质的影响。采用传统旋涂浸渍方法,将PbI2浸于不同温度的CH3NH3I (MAI)的异丙醇溶液中制备MAPbI3薄膜,实验发现提高浸渍温度,有利于促进PbI2相向MAPbI3的转化,且使颗粒尺寸变大,薄膜表面覆盖率增强。当浸渍温度升高至45℃时,薄膜已完全转化为MAPbI3,表面覆盖率最高,且此时的光吸收最强。温度进一步提高,颗粒尺寸变得大小不一,表面覆盖率降低,吸收度下降。为了提高薄膜性能,我们采用在PbI2之上多次旋涂/退火MAI的异丙醇溶液的方法来制备MAPbI3薄膜。实验结果表明:退火温度为110℃时可制备良好的薄膜。提高旋涂次数可促进PbI:向MAPbI3的转化,且增加薄膜的表面覆盖率。较MAPbI3,多次旋涂制备的MAPbI3-xClx薄膜颗粒尺寸较大且均匀,薄膜呈柱状生长,光吸收性能强。
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