基于氧化镍空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池构建

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钙钛矿型太阳能电池(PSCs)因其高的光电转化效率,自09年问世以来,在能源领域关注度一直居高不下,诸多高校因此成立专门的课题组进行研究。到目前为止钙钛矿太阳能电池经过认证的最高光电转化效率已达24.2%。随着研究的深入,钙钛矿太阳能电池的弊端也逐渐受到人们的重视;生产成本高、环境污染重、空气中稳定性差等问题亟待解决。本文通过不同合成手段制备出氧化镍做为空穴传输材料,替代传统钙钛矿太阳能电池中的小分子有机物spiro-OMeTAD。降低电池器件生产成本,提高电池的稳定性,减少有机小分子对环境的污染。主要工作有以下四个方面:水热法合成氧化镍(NiO)并在其表面包覆一层氧化石墨烯(GO)和还原氧化石墨烯(rGO)的混合物,提高氧化镍的导电性。以此种混合物作为空穴传输材料,采用喷涂的方法制备一层氧化镍空穴传输层的钙钛矿太阳能电池器件的光电转化效率为1.44%。虽然与本实验室传统电池器件的15%光电转化效率相比差距较大,但是氧化镍作为空穴传输层降低实验成本,提高了电池器件在空气中的稳定性。水热法合成氧化镍并用油酸处理,得到氧化镍与镍的混合物。利用镍的导电性可以有效提高氧化镍作为空穴传输层时的空穴传输能力,进而提高电池器件的短路电流密度。处理后的氧化镍空穴材料作为空穴传输层时电池的光电转化效率(1.04%),高于未处理材料作为空穴传输层的效率。采用类热注入发合成一种有机物包覆的氧化镍材料,在异丙醇、氯苯等有机溶剂中的分散性及稳定性较好。利用臭氧(O3)处理和己硫醇(C6H14S)处理的手段可以有效出去氧化镍表面包覆的有机物,电池器件的光电转化效率为4.5%。采用化学沉淀法合成的氧化镍在不经过任何处理时可以均匀稳定的分散在异丙醇和氯苯当中。采用喷涂的方法制备氧化镍薄膜作为空穴传输层时,由于氧化镍颗粒间存在孔洞,导致电池器件光电转化效率较低。引入spiro-OMeTAD作为填空材料将电池效率从1.02%提高至10.95%。由此证明spiro-OMeTAD与氧化镍发生了相互作用,有效的提高了电池器件的光电转化效率,降低了实验成本,提高了电池器件的稳定性。
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