反式钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层表面与体相修饰研究

作     者：刘天伦 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈炜

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：钙钛矿太阳能电池 电子传输修饰层 氟化钠 氟化锂 聚乙烯亚胺 疏水性 稳定性 

摘      要：钙钛矿材料优异的光电性质吸引了大批科研人员的关注。在十年左右的时间内,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率效率从最初的3.8%提升到23%以上。富勒烯(C)是反式钙钛矿太阳能电池常用的电子传输材料,它价格较低,且适合真空蒸发镀膜,对于大面积器件制造的均匀性和一致性具有重要作用,十分有利于工业化生产。然而,C与钙钛矿的能级匹配存在一定的损失,这导致了在同等工作条件下,以C作为电子传输层的钙钛矿光伏电池器件的开路电压比参比材料PCBM的要低一些,光电转换效率就受到影响。因此,需要开发一种可大面积均匀制备的钙钛矿表面修饰与界面能级调控方法,以提高钙钛矿太阳能电池的开路电压。此外,钙钛矿层极易被空气中水蒸气催化水解,导致相应的电池器件在环境中的稳定性很差,因此,有必要通过钙钛矿层的体相修饰提升其稳定性。针对以上两个问题,本文主要开展了以下研究工作:(1)将氟化锂和氟化钠通过真空蒸发镀膜法沉积在钙钛矿薄膜上,制备出结构为Glass/FTO/NiMgLiO/MAPbI/XF/C/BCP/Ag的钙钛矿太阳能电池器件。通过调整沉积厚度,可看出当氟化钠修饰层厚度为0.5nm时,电荷传输最优,且钝化了表面缺陷,使得电池器件的开路电压从1.03V提高到1.09V,获得了18.03%的光电转换效率,优于PCBM基的参比器件。(2)将一定摩尔比例的聚乙烯亚胺(PEI)掺入钙钛矿溶液中制成相应的前驱体溶液,并采用一步溶液旋涂法制备钙钛矿光吸收层,得到相应薄膜和结构为Glass/FTO/NiMgLiO/MAPbI(PEI)/NaF/C/BCP/Ag的反式钙钛矿太阳能电池器件。通过一系列XRD,SEM,PL,透过,J-V曲线等表征分析发现,掺杂0.5%摩尔比的PEI足以有效钝化MAPbI钙钛矿膜的体相缺陷,且使薄膜表面更加平整,针孔得到控制,而相应的电池器件也获得了18.41%的电池光电转换效率;并且PEI聚合物的疏水性使器件具有更优异的环境稳定性,在空气中放置200小时效率保持初始值的99%。