【摘 要】
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21世纪,“绿色、低碳”势必将引领新一轮的能源革命。开发各类高效低廉的太阳电池成为科学界研究的热点问题。近年来,钙钛矿太阳电池由于其出色的吸光系数以及载流子寿命受到了国内外研究人员的广泛关注,从2009年至今,钙钛矿太阳电池的效率已由3.8%提升到了 24.02%。而光吸收层作为钙钛矿太阳电池中的核心材料,其材料性能对钙钛矿电池的光电性能产生非常重要的影响。过去关于钙钛矿太阳电池的制备探究主要集中
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21世纪,“绿色、低碳”势必将引领新一轮的能源革命。开发各类高效低廉的太阳电池成为科学界研究的热点问题。近年来,钙钛矿太阳电池由于其出色的吸光系数以及载流子寿命受到了国内外研究人员的广泛关注,从2009年至今,钙钛矿太阳电池的效率已由3.8%提升到了 24.02%。而光吸收层作为钙钛矿太阳电池中的核心材料,其材料性能对钙钛矿电池的光电性能产生非常重要的影响。过去关于钙钛矿太阳电池的制备探究主要集中在MAPbI3钙钛矿太阳电池上,但由于甲胺(MA+)材料其本身的局限性,关于MA基电池的探究基本渐渐停止,而甲脒(FA+)材料由于具有接近1.47eV的更有利的能带带隙,吸收光谱更宽,成为了未来钙钛矿电池研究的重要方向。关于器件的优化策略主要包括优化制备工艺、优化传输层、调控各类材料组分、调控界面工程等,目前很多研究者通过掺杂手段达到各类优化机制,分别在A位和X位掺入不同的离子,改善了钙钛矿太阳电池光学性能,极大的提高了电池器件的稳定性。具体来说,在钙钛矿结构ABX3中,可在A位掺入不同类型的有机无机阳离子包括MA+、FA+、Cs+等,可在X位掺入不同的阴负离子包括I-、Br-、Cl-等。本文首先研究了 KI掺杂在一步法制备纯相FAPbI3中的应用,通过在FAPb(I0.9Br0.1)3掺入KI,获得了大晶粒,低缺陷,高质量的钙钛矿薄膜。而且KI的掺入会拓宽钙钛矿薄膜的吸收光谱,提高电池器件的效率与稳定性,并获得无迟滞效应器件。获得的最高器件效率达到了 18.5%。在此基础上,选用了FA0.9MA0.1PbI3高效器件作为优化的标准件。通过探究KCl和KSCN添加剂对FA0.9MA0.1PbI3混合钙钛矿器件性能影响,获得了高效的混合钙钛矿太阳电池器件。其中标准件的器件效率为17.8%,经过KCl优化后获得的最优的电池效率为18.8%,而经过KSCN优化后电池效率达到了最高的19.3%。钾离子和硫氰酸根离子的正向协同效应对钙钛矿器件效率的提升大有裨益,钾离子可以增加晶粒尺寸,提高晶体质量,硫氰酸根离子可以进一步增加晶粒尺寸并引起缺陷愈合。
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