【摘 要】
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有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有高光吸收系数、高载流子迁移率、制备工艺简单、成本低廉等优点而受到关注。近年来,基于该材料的新型太阳能电池飞速发展,其最高光电转换效
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有机-无机杂化钙钛矿材料由于具有高光吸收系数、高载流子迁移率、制备工艺简单、成本低廉等优点而受到关注。近年来,基于该材料的新型太阳能电池飞速发展,其最高光电转换效率已达到25%。然而,钙钛矿太阳能电池中层与层之间的界面以及钙钛矿薄膜中晶界的存在,增加了载流子传输阻力,导致载流子复合几率上升,严重影响了器件的光电性能。针对此问题,本论文以优化钙钛矿太阳能电池中载流子传输过程为目标,以界面调控为切入点,系统分析和探讨了材料界面调控对钙钛矿太阳能电池性能的影响。主要研究内容及结论如下:(1)选择了导电性和光电性能良好的Ti3C2纳米片作为添加剂与TiO2复合,制备了Ti3C2/TiO2复合电子传输层。研究结果发现,Ti3C2/TiO2复合电子传输层的导电性和电子迁移率相较于纯TiO2电子传输层都增加了一个数量级,这使得电子提取速率和传输速率增加,减少了其在界面处的聚集,从而减弱了器件的滞后现象,并且也降低了电荷的复合几率,使钙钛矿太阳能电池的光电流显著增强,器件的光电转换效率从原始的11.8%提升到14.3%。(2)将导电性和光电性能良好的Ti3C2量子点添加到钙钛矿薄膜中,旨在以此钝化钙钛矿薄膜中的缺陷,减少载流子的非辐射复合。研究结果发现,Ti3C2量子点的引入增加了钙钛矿的结晶性,并有效降低了钙钛矿薄膜的缺陷态密度,显著增加了器件的光电流和开路电压,最终钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到16%,相较于原始器件提升了33.3%。(3)为了加快空穴的提取速率,采用与钙钛矿和Spiro-OMeTAD能级匹配的混合量子点CdSe/CsPb I3修饰空穴传输层/钙钛矿层的界面。研究结果表明,混合量子点与钙钛矿之间形成了阶梯形的能带结构,促进了空穴的提取,减少了电荷在界面处的聚集,从而提高了器件的光电压,并减弱了器件的滞后现象。得益于量子点本征优越的光学性质,器件的光电流也得到提升,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到了17.1%。此外,量子点的引入也增强了钙钛矿薄膜的疏水性,大大提升了器件的稳定性。
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