巯基吡啶类分子修饰提高钙钛矿太阳能电池稳定性

作     者：徐汝超 

作者单位：厦门大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑南峰;吴炳辉;付文星

授予年度：2021年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：钙钛矿太阳能电池 小分子修饰 稳定性 铜浆 

摘      要：自2009年出现以来,钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)的光电转换效率已经逐渐升高到25.5%,高的转换效率和低的加工成本使其具有商业化应用的潜力。然而,商业化应用的太阳能电池器件不仅要拥有高的光电转换效率,又要有长达10-20年的使用寿命。钙钛矿太阳能电池在稳定性、贵金属电极成本以及对环境的污染等方面都存在亟待解决的问题,这些问题是实现PSCs商业化应用的巨大障碍。本论文研究主要集中在钙钛矿太阳能电池的表界面修饰方面,通过引入有机小分子层来提升钙钛矿太阳能电池的稳定性,同时降低其大批量制备时的生产成本。钙钛矿材料在水、氧环境中十分容易降解,这是钙钛矿太阳能电池稳定性不佳的主要原因。表界面修饰是提升钙钛矿太阳能电池稳定性的有效方式。钙钛矿薄膜的表面缺陷会暴露出部分Pb原子,巯基吡啶类小分子中含有N和S原子,可与Pb形成强配位键,提高钙钛矿薄膜对水的耐受性能。在表面构筑巯基吡啶小分子修饰层后,钙钛矿薄膜可以在25℃、85%湿度的空气中稳定存在100h以上。此外,巯基吡啶类小分子中的N和S原子也可与Cu形成强配位键,在电池器件的空穴传输层/铜电极界面处引入巯基吡啶类小分子层也大幅提升了以Cu为电极的钙钛矿太阳能电池器件稳定性,使之在空气中存放100小时后仍能保持初始光电转换效率的80%。巯基吡啶类分子修饰大幅度提升了以Cu为电极的钙钛矿太阳能电池器件稳定性。为了进一步降低电池器件的生产成本,可以使用印刷电子技术制备Cu电极。化学合成铜纳米、微米颗粒,制备导电浆料,并将其用于制作钙钛矿太阳能电池的电极。其中,基于铜纳米颗粒的导电浆料所制备的Cu电极导电性能极好,采用丝网印刷的方式制备电池器件电极,电阻可低至12mΩ/□。使用印刷电极的钙钛矿太阳能电池实现了 9.06%的光电转换效率。