基于银纳米线电极的半透明钙钛矿太阳能电池的研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:sjcameadow
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有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在不到十年的时间里,已从初始报道的3.8%的光电转换效率迅速提升至如今的24.2%,应用前景可谓极为广阔,包括可发电供能窗户、顶棚或者玻璃幕墙的光伏建筑一体化就是其中非常重要的应用之一,而这也将不可避免地增加对高效稳定半透明钙钛矿太阳能电池的需求。对于半透明器件的制备而言,顶电极的选择至关重要,目前很多透明导电电极都被应用到钙钛矿太阳能电池器件中,银纳米线电极光电性能优异、柔韧性好、成本低廉,且可实现溶液法制备,是极为理想的透明电极材料。通过溶液法制备AgNWs电极不仅可以避免真空蒸镀所带来的工序复杂、能耗高、原材料易浪费以及成本高昂的问题,还可以实现大面积制备,是制备钙钛矿太阳能电池顶电极的一个极佳选择。但是,银纳米线做为顶电极也存在一些问题,譬如银线间接触不好使得导电性难以充分发挥、与空穴层功函不够匹配以及容易被氧化或者与迁移到电极的碘离子反应导致电池器件稳定性差等等。本文将正置平面结构的钙钛矿太阳能电池与喷涂法制备的银纳米线和石墨烯作为研究对象,通过对电池器件部分功能层的制备参数进行优化,银纳米线与石墨烯的复合进行优化,制备了高效稳定的半透明钙钛矿太阳能电池,并将其简单应用到柔性与叠层器件中,其具体内容包括以下几个方面:(1)系统研究了FTO/SnO2/KCsFAMA/Spiro-OMeTAD/AgNWs结构的半透明电池中AgNWs电极的喷涂量、钙钛矿前驱体溶液浓度和Spiro-OMeTAD的旋涂速度对器件透过率和光电转换效率的影响。为了平衡透过率与电池效率,相关参数确定为:AgNWs喷涂量为50μL,钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.7 M,Spiro-OMeTAD旋涂转速为3000 rpm,以此得到的电池器件光电转化效率为12.28%,平均可见光透过率为22.59%。(2)系统研究了还原氧化石墨烯(rGO)作为修饰层和保护层分别对电池器件光电性能的影响。研究表明:rGO修饰层可以在AgNWs电极与Spiro-OMeTAD空穴层间起到调节功函的作用,并且可以连接部分不搭接的银纳米线,提升电极的导电性。另外,它还可以作为阻挡层减少AgI的生成。rGO保护层除增强AgNWs间的接触,极大地提升电极的导电能力外,还可以作为屏障隔绝水氧,有效抑制AgNWs的氧化。二者的共同作用使得电池器件的光电转换效率和稳定性都有了显著提升,在平均可见光透过率为20.11%时,其效率高达14.69%,并且电池器件未经封装在40%RH、30℃环境下经过13天依然能保持初始效率的80%左右。(3)采用ITO/PET柔性基底制备了以rGO/AgNWs/rGO为顶电极的柔性半透明钙钛矿太阳能电池,电池器件不仅光电性能优异,而且抗弯曲能力强。另外,以机械堆叠的方式制备了钙钛矿/硅的四端叠层器件,叠层器件的总体效率达20.65%。
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