全印刷介观钙钛矿太阳能电池界面层研究

作     者：康景荣 

作者单位：桂林电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张坚

授予年度：2020年

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

主      题：介观钙钛矿太阳能电池 TiO2致密层 电子传输层 表面钝化 掺杂 

摘      要：近年来,钙钛矿太阳能电池性能不断提高,最新的认证效率已超过25%,因此钙钛矿太阳能电池成为下一代高效低成本光伏技术的潜力候选者。采用碳电极的全印刷介观钙钛矿太阳能电池(MPSCs),因其制备简单、低成本、稳定性强等优势引起了研究者的广泛关注。对于全印刷MPSCs,二氧化钛(Ti O)是电子传输层(ETL)的常用材料,但Ti O ETL中存在缺陷及陷阱态,会捕获注入电子并引起复合,这严重影响了器件的性能。因此,制造少缺陷和陷阱态的Ti O ETL对于改善全印刷MPSCs的性能至关重要。本文围绕Ti O致密层ETL及其提高全印刷MPSCs器件性能的研究展开,通过引入钝化层与掺杂材料,以获得高效的全印刷MPSCs。本文主要包括两个研究内容,如下所示:(1)通过在Ti O致密层表面喷涂一层薄氧化镁(Mg O)来对其进行钝化,并将其用作全印刷MPSCs的ETL,通过优化Mg O前驱体溶液的浓度,最高达到了15.11%的能量转换效率,并且迟滞效应明显改善。系统研究了Mg O的引入对Ti O致密层的表面形貌、光学性能以及电学性能的影响,发现Mg O钝化后的Ti O薄膜具有更好的平整度和透过率、更高的电导率、更低的缺陷态密度以及更好的电荷提取能力。进一步研究表明,ETL/钙钛矿界面处的非辐射复合得到抑制,电荷转移电阻降低,器件性能得以提高。结果表明,利用Mg O对Ti O致密层进行钝化可以提高全印刷MPSCs的器件性能,对以后的研究有一定借鉴意义。(2)通过引入铝(Al)、铟(In)对Ti O致密层进行掺杂,并将掺杂后的Ti O致密层作为全印刷MPSCs的ETL,通过优化Al In的掺杂浓度,使器件的能量转换效率提升至15.53%,并具有优异的稳定性以及可忽略的迟滞效应。通过一系列表征发现,Ti O致密层经过掺杂后,透过率、电导率提高,缺陷态密度降低。同时,Al In的引入改变了Ti O的能级,ETL/钙钛矿界面拥有更好的能级排列,改善的能级排列以及增强的电学性能促进了电荷提取与传输,器件的电荷转移电阻降低,从而性能得到提升。结果表明,利用Al In对Ti O致密层进行掺杂可以提高全印刷MPSCs的器件性能,对以后的研究有一定借鉴意义。