准二维钙钛矿的光学性质和光伏器件的研究

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有机金属卤化物钙钛矿材料具有缺陷影响小、吸收系数大、电荷扩散长度大和带隙可调等优良的光电特性,不仅可以被用于制备太阳能电池还可以用来制备发光器件。然而,钙钛矿材料自身也存在着较多的缺点,比如稳定性差、制备工艺不成熟等,这无疑限制了其未来商业化的发展。最近,二维金属卤化物钙钛矿相较于三维钙钛矿表现出出色的稳定性,引起了人们的兴趣。本论文以二维钙钛矿作为研究对象,主要研究了钙钛矿材料的制备工艺对器件性能的影响,(BA)2(FA)2Pb3I10(BA=CH3(CH2)3NH3,FA=HC(NH2)2)钙钛矿薄膜的光谱性质以及钙钛矿材料的热分解机理。具体的工作介绍如下:(1)分别以不同旋涂转速制备(BA)2(FA)2Pb3I10钙钛矿薄膜和钙钛矿太阳能电池。通过XRD、紫外吸收、光致发光表征手段对钙钛矿薄膜进行研究;通过模拟太阳光系统和单色入射光光电转化效率系统测量了相应器件的性能参数。此外,我们利用SCAPs仿真软件对器件进行了仿真分析。综合以上实验结果发现,(BA)2(FA)2Pb3I10钙钛矿薄膜的厚度随着转速的增加而减小,器件的性能也随着制备转速的改变而发生变化。通过对比实验发现加热衬底的制备方法确实对器件的短路电流和光电转换效率都有较为明显的提升,但是器件的填充因子和开路电压要小于在不加热衬底情况下制备的器件,而且还发现在加热衬底的情况下,转速对器件的性能基本上没有较明显的影响。(2)分别以不同浓度的前驱体溶液制备(BA)2(FA)2Pb3I10薄膜并研究其光谱性质。此外,我们用不同浓度的前驱体溶液制备了钙钛矿太阳能电池并测量了电池的性能参数。综合实验结果发现,不同浓度的前驱体溶液制备的薄膜,其光谱呈现有规律地变化,前驱体溶液浓度对制备电池的性能有较明显的影响,当前驱体溶液浓度为0.25 mol/L时能够制备出效率相对较高的钙钛矿太阳能电池。(3)研究了以普通玻璃和氧化铟锡(Indium Tin Oxide,ITO)导电玻璃为衬底的PEA2(MA)n-1PbnI3n+1(PEA=C6H5(CH2)2NH3,MA=CH3NH3)二维钙钛矿薄膜在不同温度下的稳定性,实验结果表明旋涂在普通玻璃衬底上的PEA2MA2Pb3I10薄膜的热稳定性要明显优于旋涂在ITO衬底上的钙钛矿。究其原因,可能是衬底与钙钛矿材料之间的电荷转移导致钙钛矿薄膜的热稳定性变差。
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