钙钛矿太阳能电池的环境稳定性研究

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近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因其在效率方面突飞猛进的提升而引起了研究者们的广泛关注,其光电转换效率已由2009年报道的3.8%发展到现在的22.7%,并且钙钛矿太阳能电池可采取低温溶液法处理、制备工艺简单以及成本低。但由于钙钛矿太阳能电池对制备和使用环境敏感,使得钙钛矿太阳能电池的商业性应用受到极大限制。因此,如何提高钙钛矿太阳能电池器件的环境稳定性成为丞待解决的问题。为了改善钙钛矿材料的本征稳定性,本文通过引入部分阳离子以及阴离子对甲脒铅碘(FAPbI3)进行掺杂,选取了不同的掺杂比例,利用Cs+对结构的调节作用以及Br-部分替代卤素能减少缺陷的作用,探索了混合的阳离子FA+/Cs+以及阴离子Br-/I-对钙钛矿材料性能的影响。通过对旋涂转速、反溶剂、加热温度及时间等因素的探索,确定了最佳的薄膜制备工艺。最终确定了在空气环境中钙钛矿的最优掺杂比例为FA0.8Cs0.2PbI2.68Br0.32,制得的电池取得了13.9%的效率,并且在相对湿度为60±5%的湿气环境中测试10天后,仍保持原始效率的82.5%,而FAPbI3电池在含水分的空气环境中降解很快,到第4天后就几乎无响应。在此基础上,在前驱体溶液中加入Pb(SCN)2添加剂,研究了其对钙钛矿薄膜质量的调节以及对电池稳定性的改善作用。结果表明含添加剂的钙钛矿薄膜的晶粒取向性增强结晶度更高,薄膜的平整致密性增强覆盖率提高。以含2mol%添加剂的薄膜制备成的电池效率最高达17.0%,在相对湿度为60±5%湿气环境中测试45天后效率保持在初始效率的85.1%以及在光湿氛围下测试30天后保持61.2%的初始效率。
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