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平面异质结型ZnO基钙钛矿太阳能电池的研究

平面异质结型ZnO基钙钛矿太阳能电池的研究

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作者：唐鑫深圳大学

学位级别：硕士

近几年来,以CH3NH3pbi3为代表的有机-无机卤化铅钙钛矿材料在光伏领域异军突起,基于这类材料的钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)的最高转换效率已经突破了22%。本论文以电子传输特性优异、易于低温制备的ZnO作为PSCs的电... 详细信息

近几年来,以CH3NH3pbi3为代表的有机-无机卤化铅钙钛矿材料在光伏领域异军突起,基于这类材料的钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,PSCs)的最高转换效率已经突破了22%。本论文以电子传输特性优异、易于低温制备的ZnO作为PSCs的电子传输层材料制备了平面异质结型CH3NH3pbi3钙钛矿太阳能电池,研究了ZnO电子传输层和CH3NH3pbi3光吸收层的制备方法和工艺对电池性能的影响,改进了CH3NH3pbi3钙钛矿光吸收层的成膜方法,实现了器件的全低温(≤150°C)制备,电池性能在原有基础上得到了大幅度的提高。论文的主要内容如下:1、ZnO电子传输层的制备及其对PSCs性能的影响利用旋涂ZnO纳米颗粒分散液法制备了ZnO(n-ZnO)电子传输层,研究并确定了这种n-ZnO薄膜会使钙钛矿的热稳定性降低。研究了n-ZnO的旋涂次数和后处理温度对PSCs性能的影响,确定旋涂4次和在150°C进行后处理为最佳工艺条件,在此条件下制备的PSCs的最高转换效率大于7%。比较并分析了以n-ZnO和溶胶-凝胶法制备的s-ZnO为电子传输材料的PSCs的性能,其中n-ZnO基电池的开路电压Voc和填充因子FF较高,这源于n-Zn O层的致密性高使电池的旁路电阻很大;而s-ZnO基电池的短路电流密度Jsc较大,这源于s-ZnO层上的前驱体pb i2向钙钛矿的转化程度高。2、前驱体pbi2膜的处理方法对PSCs性能的影响由于n-ZnO上钙钛矿热稳定性的限制,无法对钙钛矿层进行高温或长时间退火以提高其成膜质量,本文将钙钛矿光吸收层制备方法的研究放在了前驱体pbi2膜上。针对用常规热退火(TA)处理的pbi2膜制备的电池性能普遍较差的问题,我们采用两种改进方法对pbi2膜进行处理,分别为溶剂蒸气退火(VA)和溶剂蒸气暴露(VE)。用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)蒸气进行VA和VE处理制备的电池的转换效率由原来TA法的2.28%分别提高到VA法的6.68%和VE法的6.78%。在此基础上对重现性较好的VA法的工艺条件进行了优化,在前驱体溶液浓度为1.33 M和VA处理温度为70°C时制备的电池的转换效率分别达到8.52%和10.31%。用二甲基亚砜(DMSO)对pb i2膜进行VA处理可以形成新的前驱体pb i2(DMSO),促进了pb i2向钙钛矿的完全转化,得到了高质量的钙钛矿薄膜,使电池的转换效率进一步提高到11.72%。

关键词：钙钛矿太阳能电池 ZnO pb i2 CH3NH3pbi3 蒸气退火

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