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吉林师范大学学报（自然科学版） 2024年第3期45卷 73-78页

作者：董贺魏春雨李培顶朱燕妮柴源华杰汪津吉林师范大学信息技术学院吉林四平136000 吉林师范大学吉林省光电子材料与器件工程研究中心吉林四平136000 吉林师范大学功能材料物理与化学教育部重点实验室吉林长春130103

溶液处理法制备的钙钛矿发光二极管(PeLEDs)具有非常好的商业前景与应用潜力,但在开发具有加工再现性的工艺提升上仍存在挑战.本文提出了一种延迟退火工艺调节钙钛矿薄膜的成核与结晶,有效改善了钙钛矿薄膜表面质量,控制了钙钛矿薄膜表... 详细信息

溶液处理法制备的钙钛矿发光二极管(PeLEDs)具有非常好的商业前景与应用潜力,但在开发具有加工再现性的工艺提升上仍存在挑战.本文提出了一种延迟退火工艺调节钙钛矿薄膜的成核与结晶,有效改善了钙钛矿薄膜表面质量,控制了钙钛矿薄膜表面上的孔洞.结果表明:延迟退火的钙钛矿薄膜拥有更长的载流子寿命,发射峰稳定;器件中可以减少发光层的非辐射复合概率,最大亮度可达到18370 cd/m^(2),最大外量子效率可达12.72%.

关键词：钙钛矿发光二极管延缓结晶退火工艺

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多维度复合产物延缓钙钛矿结晶并钝化缺陷以提高太阳电池的光伏性能

多维度复合产物延缓钙钛矿结晶并钝化缺陷以提高太阳电池的光伏性...

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第七届新型太阳能电池材料科学与技术学术研讨会

作者：贺礼吕征段辉孙晓煦迟少华孙岩森庞振宇王奉友范琳杨丽丽功能材料物理与化学教育部重点实验室吉林师范大学

具有良好表面形貌和较大尺寸晶粒的有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿薄膜是实现高性能光伏器件的理想材料。然而,混合前驱体溶液结晶过程中卤化铅与阳离子之间的快速反应导致了小尺寸晶粒的产生;同时,缺陷位点也不可避免地存在于在晶界和... 详细信息

具有良好表面形貌和较大尺寸晶粒的有机-无机杂化金属卤化物钙钛矿薄膜是实现高性能光伏器件的理想材料。然而,混合前驱体溶液结晶过程中卤化铅与阳离子之间的快速反应导致了小尺寸晶粒的产生;同时,缺陷位点也不可避免地存在于在晶界和钙钛矿薄膜表面。寻找一种有效的手段来延缓结晶过程并在最大程度上降低缺陷态密度,这对于进一步提高器件的光伏性能是十分必要的。因此,本研究在钙钛矿前驱体溶液中引入0D/2D的g-CN/CQDs复合骨架结构,这种骨架结构可以为钙钛矿晶粒的生长提供足够大的空间区域,并可以覆盖在钙钛矿表面从而抑制光生载流子在其表面的复合,同时也通过减少晶界处的复合中心降低缺陷态密度;钙钛矿阳离子上的氢原子可以与g-CN相互作用,形成中间产物以达到延缓钙钛矿结晶的效果;复合产物所形成的微观异质结区域,实现载流子的高效传输。基于添加剂的平面钙钛矿太阳电池光电转换效率可达20.49%(无添加剂的钙钛矿太阳电池的光电转换效率仅为17.08%),其稳定性也得到了明显的提升。本研究介绍了一种通过控制结晶和降低缺陷态密度优化钙钛矿薄膜的简单方法,也为今后新型添加剂的设计提供了一个有效的策略,同时为实现太阳电池更高的光电转换效率奠定了实验基础。

关键词：钙钛矿太阳电池延缓结晶钝化缺陷载流子传输

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分子位阻效应对全无机钙钛矿薄膜结晶及太阳能电池的影响

分子位阻效应对全无机钙钛矿薄膜结晶及太阳能电池的影响

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作者：乐耀昌湖北大学

学位级别：硕士

近年来,钙钛矿的卤化物因其出色的光电性能已成为人们重点发展、研究的对象,其中金属卤化物全无机钙钛矿太阳能电池(Cs Pb X;X表示卤素)有出众的光、热稳定性。其中以Cs Pb IBr为核心材料的太阳能电池又具有较好的结构稳定性。但其在位... 详细信息

近年来,钙钛矿的卤化物因其出色的光电性能已成为人们重点发展、研究的对象,其中金属卤化物全无机钙钛矿太阳能电池(Cs Pb X;X表示卤素)有出众的光、热稳定性。其中以Cs Pb IBr为核心材料的太阳能电池又具有较好的结构稳定性。但其在位阻效应下复杂的相变机制和难以调节的晶化过程至今仍未阐明。本文从三个部分进行阐述,第一部分是研究背景,首先包括基本晶体理论:经典的成核理论,经典生长理论,Lamer机理,Oswards熟化模型,考虑到是基底结晶,可采用岛状、层状生长这一结晶理论。而后高度概括了晶相转变途径,首先是斜方相钙钛矿晶体,它具有环境温湿度稳定性,但不是光敏感相,不具备制备太阳能电池的条件,温度的升高,致使其转变为四方相、立方相,这两种相都有很好的光敏感性能。透彻研究结晶理论对合适时机和合适方法引入位阻效应调控结晶帮助巨大。而后,探讨了目前钙钛矿晶化的调控方式,概括了传统溶液法结晶中溶液分子具有的溶剂化特点,其溶解性不足、调控窗口狭窄困扰研究者良久,同时,成熟的溶剂化理论可能忽视溶剂分子本身的位阻作用。开辟新的、有效的包含位阻分子调节结晶手段是有必要的,大致分为两类,一类是元素替代性掺杂,另一类是引入含有有机官能团的位阻分子,前者由于元素本身的有限性,导致其可开发程度低,后者则不受影响。最后,详细的介绍了位阻效应的意义,分子有位阻是位阻效应的前提条件,后对其拥有的在钙钛矿薄膜结晶领域未被开发的巨大潜力进行阐述,再结合溶液法晶化的各种理论,推测位阻效应产生的影响,寻求较为合适的结晶调控方法。第二部分是材料制备。基于位阻效应,晶化理论,本工作选择引入不同位阻的环烷羧酸类位阻分子达到调节钙钛矿薄膜晶体的目的。分析结晶过程发现,如果增加环烷烃羧酸盐上的烷基链长,有可能改善钙钛矿薄膜的最终结晶形态,甚至影响退火过程中的相转变,从而提升钙钛矿晶体的稳定性及光电性能。用溶液法晶化,制备了引入不同环烷烃羧酸盐位阻分子的钙钛矿薄膜,通过形貌测试,挖掘出最佳晶化状态下的条件,通过对晶化速率的测定,尝试给出简单机理,通过比较薄膜退火过程中的X射线粉末衍射(XRD)测试,得出相应结论。再结合Fullprof晶化模拟计算及对应的测试图,并反演价键理论,最终得到一个全新的中间产物—单斜相全无机钙钛矿薄膜,这是不同于第一章中的三种传统晶相。在此基础上,证实了由于位阻效应的存在,推迟了钙钛矿晶化的整个进程,并在合适的位阻——环己烷羧酸铯加入的条件下得到了质量最好的晶体,新晶相也是由此条件计算出。此外,获得了对外部环境稳定的薄膜条件,证明环烷羧酸类物质最终没有随退火过程升华,而是在反应结束后以钝化形式出现在晶体表面,这是薄膜稳定的原因。第三部分是器件性能测试。基于前面位阻效应制备晶体所具有的良好结晶性能,比较了其薄膜的光电性能,测定了激子的相对强度和缺陷态密度,它们无疑具有优良的特性,即当环烷烃碳环增加时,薄膜的光电性能会先增强后减弱,这与薄膜的固有特性相对应。最后,在太阳能电池装置中应用了最佳质量的薄膜条件(环己烷羧酸铯作为位阻分子),其开路电压为1.26 V,短路电流为15.51 m A/cm,填充因子超过79%,光电转换效率(PCE)达到15.5%。同时,得到了相对稳定的电池器件,为进一步研究全无机钙钛矿及其太阳能电池器件提供帮助。

关键词：分子位阻效应全无机钙钛矿薄膜延缓结晶太阳能电池器件

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