【摘 要】
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倒置(P-I-N)钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于工艺简单、可低温(<100℃)制备以及兼容柔性沉底等优点具有巨大的应用潜力。P-I-N型平面PSCs中,空穴传输层(HTL)对器件性能至关重要,常用的空穴传输层材料有聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、三苯胺聚合物(PTAA)、Ni O等,由先前的报道:PTAA是一种具有相对较低载流子迁移率的无定形聚合物;基于PEDOT:PSS制备的PSC
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倒置(P-I-N)钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于工艺简单、可低温(<100℃)制备以及兼容柔性沉底等优点具有巨大的应用潜力。P-I-N型平面PSCs中,空穴传输层(HTL)对器件性能至关重要,常用的空穴传输层材料有聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)、三苯胺聚合物(PTAA)、Ni O等,由先前的报道:PTAA是一种具有相对较低载流子迁移率的无定形聚合物;基于PEDOT:PSS制备的PSCs器件开路电压(Voc)均很小,约1 V左右。因此空穴传输层材料通常需要引入掺杂剂或通过极性溶剂处理增强薄膜导电性,提升器件光电转换效率(PCE)。但是掺杂剂的引入不仅增加了制备成本而且可能大大降低器件的稳定性。此外,极性溶剂可能会破坏HTL材料自身性质。因此,本论文集中于非掺杂HTL的制备,通过优化HTL获得高质量的钙钛矿薄膜,从而提升器件PCE,主要开展了以下两方面的工作:(1)本工作使用不同分子量(Mw)的非掺杂PTAA(1.5 W、2.5 W、10 W)作为HTL,采用简单的一步法制备倒置平面PSCs。实验中,通过调整不同Mw的PTAA浓度,研究PTAA表面的疏水性对钙钛矿结晶的质量和晶粒尺寸分布、陷阱状态或浅陷阱能级的影响。研究表明:较低的Mw(1.5 W、2.5 W)的PTAA有利于获得高质量的钙钛矿薄膜,通过2.5W-PTAA制备的PSCs,实现了18.11%的高PCE和1.10 V的Voc。因此,回滞系数(HI)非常小,仅为0.32%。(2)本工作通过将PEDOT:PSS与去离子水混合制备高性能HTL,从而成功制备出性能优异的PSCs。实验中,通过调整PEDOT:PSS溶液与去离子水的混合比例,优化PEDOT:PSS溶液的成膜质量,结合最佳HTL工艺沉积钙钛矿薄膜。研究不同比例混合对钙钛矿薄膜和整个器件性能的影响规律。研究表明:钙钛矿薄膜形貌的优化,有利于减少HTL和钙钛矿层界面处的损耗,从而有效提升了器件性能。相比于未稀释的PEDOT:PSS溶液,经过去离子水稀释后的PEDOT:PSS制备的器件性能均有明显提升,且当PEDOT:PSS:H2O=1:6体积混合时,性能最佳高达17.28%。平均Voc由0.96 V提高到1.03 V,PCE由12.61%增加到15.97%。
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