基于二维钙钛矿材料的卤素调控及太阳能电池制备研究

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由于具备优异的光电特性、简单的制备工艺等优势,钙钛矿材料在近年来受到了研究人员的广泛关注。其中,钙钛矿太阳能电池的发展尤为迅猛,短短十余年之间,器件效率便由3.8%攀升至25%以上。但传统的三维钙钛矿材料存在着稳定性差的问题,这使得三维钙钛矿太阳能电池的商业化遥遥无期。作为钙钛矿材料家族中的一员,二维钙钛矿材料在继承三维钙钛矿材料诸多优点的同时,还兼具更强的稳定性,这使得其有着更好的应用前景。目前,围绕着二维钙钛矿的研究大多停留在有机胺的替换、制备工艺的优化方面,而关于卤素离子调控的相关研究甚少。而Br元素掺杂在三维钙钛矿材料中的取得重大成就,使得我们对其在二维钙钛矿中的作用抱有极大的期待。本文重点探究Br元素掺杂对二维钙钛矿薄膜特性以及对太阳能电池性能和内部载流子复合的影响。具体内容如下:(1)使用热铸法制备了BA2MA4Pb5(I1-x-x Brx)16薄膜。通过SEM、AFM、XED、GIWAXS等相关测试,对不同溴掺杂比例的二维钙钛矿薄膜进行了表征,结果表明10%溴元素掺杂为最优掺杂比例。在该比例的掺杂下,薄膜形貌得到明显改善,晶向垂直基底生长,载流子寿命增长,内部缺陷减少。(2)使用不同掺杂比例的BA2MA4Pb5(I1-xBrx)16薄膜作为光吸收层来制备完整的太阳能电池器件,并进行了相关性能测试。发现,使用10%溴元素掺杂的器件拥有12.4%的最高效率和12.15%的平均效率,相比于未掺杂器件的3.66%最高效率和3.08%的平均效率,性能有了明显提升。同时,使用10%溴元素掺杂的器件也具备更低的迟滞。证实了溴元素掺杂能够明显改善器件性能。(3)分别测试了未经溴掺杂和10%溴掺杂两种器件(x=0与x=0.10)在持续光照,持续加热和无封装放置在空气中的性能稳定性。结果表明,10%溴元素掺杂的器件具备更强的稳定性。证实了,溴元素掺杂能提高器件的稳定性。同时,对两种器件进行了暗电流、理想因子测试,结果表明10%溴元素掺杂能够明显降低器件的载流子复合。
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