平面异质结结构钙钛矿太阳能电池器件制备及工艺优化

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随环境污染与能源短缺问题日益凸显,太阳能的开发与利用引起了研究者的高度重视。在众多种类的太阳能电池中,钙钛矿太阳能电池以其快速提升的效率、优异的光电性能和低廉的制备成本,展现出极大的发展前景,成为近年来的研究热点。本论文的工作主要集中在平面异质结结构钙钛矿太阳能电池器件工艺制备和性能的优化上,分别采用调节真空度和界面修饰的方法来优化钙钛矿薄膜的表面形貌和各层之间的界面接触,取得了较好的效果。现总结如下:  1.采用两种方法制备平面结构标准器件:采用一步法制备CH3NH3PbI3-xClx器件,采用反溶剂法制备CH3NH3PbI3器件。在实验过程中,对器件中各层逐一优化,获得最佳实验条件,并对比两种方法的制备工艺和器件效率。两种方法器件效率大体相同,但相比于一步法制备CH3NH3PbI3-xClx器件,反溶剂法制备有很多优势,如对湿度不敏感、节约时间、操作方便。  2.探究压强对钙钛矿薄膜形貌及结晶性的影响。采用调节真空度的方法,有效控制钙钛矿薄膜结晶,系统地研究了压强的作用,以及对晶体生长、薄膜形成及器件性能的影响。随压强降低,钙钛矿薄膜结晶程度明显提高,孔洞减少,表面覆盖率提高。同时,器件的短路电流密度、填充因子以及光电转化效率均随压强降低而提高,器件效率由原来的10.38%提高到12.36%,提高了19%。  3.探究自组装层修饰阳极对钙钛矿太阳能电池性能的影响。采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)自组装膜修饰ITO电极,研究自组装层修饰对钙钛矿薄膜形貌和器件性能的影响。结果表明,APTES修饰有利于提高钙钛矿薄膜质量,修饰后晶体颗粒增大、孔洞减少、表面覆盖率提高、粗糙度降低。与无空穴传输层器件效率相比,APTES修饰后器件效率由原来的4.04%提高到8.14%,最高可达8.83%。
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