过渡金属硫化物空穴传输层的钙钛矿太阳能电池应用研究

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随着能源需求的日益增长和环境问题的不断加剧,如何利用太阳能这种清洁可再生能源成为全球性的研究课题。太阳能电池技术提供了一种环境友好的可再生能源,可直接将太阳能转化为电能。近年来,从染料敏化太阳能电池中产生的钙钛矿太阳能电池在极短时间内快速发展,受到人们极大的关注。目前对钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在采用工艺优化和材料工程来获得高效、稳定的电池器件。本文尝试将新型无机过渡金属硫化物(TMDs)引入到反向平面异质结型钙钛矿太阳能电池中,在优化钙钛矿太阳能电池制备工艺的基础上,重点研究TMDs的制备方法及其作为空穴传输层对钙钛矿活性层形貌、结晶性、光电特性以及器件性能的影响规律。研究内容分为以下三个部分:(1)钙钛矿太阳能电池制备工艺研究。从调控钙钛矿形貌和优化制备工艺出发,通过比较钙钛矿活性层在不同退火温度、反溶剂滴加时间的薄膜形貌、结晶性和器件性能等,分析不同退火温度、反溶剂滴加时间对钙钛矿薄膜和器件性能的影响规律,优选确定100℃为较佳退火温度和15s为反溶剂滴加的较佳时间点,最终器件取得了12.77%的光电转换效率,同时确定了适合反向平面结构钙钛矿太阳能电池的制备工艺,以此作为本论文的钙钛矿活性层制备方法。(2)MoS2、WS2空穴传输层制备及钙钛矿太阳能电池应用研究。采用真空蒸镀法分别制备出MoS2、WS2薄膜。采用液相剥离法,成功制备了高质量的二维层状结构MoS2、WS2,之后通过溶液旋涂法分别制备了二维层状结构MoS2、WS2薄膜,分别取得了7.6%和6.3%的光电转化效率。分析了不同结构的MoS2、WS2对钙钛矿活性层的表面形貌、结晶性和光电特性以及对电池性能的影响规律。(3)二维层状MoS2薄膜的界面修饰及其钙钛矿太阳能电池应用研究。通过紫外臭氧处理对溶液旋涂法制备的二维层状MoS2薄膜进行界面修饰。结果表明,紫外臭氧处理可提高MoS2的功函数,使MoS2的能级与钙钛矿活性层能级更加匹配,增强其空穴提取性能,效率提高到8.6%。由于MoS2作为空穴传输层时,钙钛矿活性层存在缺陷,影响了器件的性能。通过采用MoS2/PEDOT:PSS双空穴传输层,优化了活性层的形貌,减少了界面的载流子复合损失,使电池性能得到大幅度提升,获得了14.93%的光电转化效率。
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