高效钙钛矿纳米晶太阳能电池中的界面调控

• 作 者: 季康
• 出 处: 苏州大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 钙钛矿太阳能电池 共轭聚合物 钙钛矿纳米晶 界面调控 杂化体异质结

本文对新型钙钛矿纳米晶材料的光伏性质进行了深入研究,并通过界面调控和器件结构优化有效提升了基于钙钛矿纳米晶材料太阳能电池的效率和稳定性。主要研究工作总结如下:首先,我们将共轭聚合物与钙钛矿纳米晶共混,通过溶液法旋涂制备了杂化体异质结界面缓冲层。聚合物的引入主要起到两个作用:1.调节薄膜表面的亲疏水性;2.调控界面处的载流子动力学过程。我们分别将CsPbI3和FAPbI3钙钛矿纳米晶用于电池器件制备过程,最高实现了 CsPbI3器件13.8%的效率,以及FAPbI3纳米晶电池13.2%的效率,均为文献报道的此类电池的最高值之一。在验证了该器件结构普适性的同时,由于聚合物的疏水性,钙钛矿纳米晶电池在空气环境中的稳定性有了一定提升,显示出这种杂化界面缓冲层在提升器件性能方面的重要作用。其次,我们将共轭聚合物和钙钛矿纳米晶以不同的重量比共混制备吸光层,研究这种有机-无机杂化太阳能电池的性能。我们制备了以聚合物为电子给体,CsPbI3和FAPbI3钙钛矿纳米晶为电子受体的有机无机杂化电池。通过稳态和瞬态荧光光谱测试,我们证明了有机聚合物和钙钛矿纳米晶之间存在显著的电荷转移,最终我们报道了效率最高10%的杂化太阳能电池,是最高报道效率之一。最后,我们以混合溶剂“反溶剂”处理工艺,对MAPbI3钙钛矿体相薄膜进行了界面调控。该工艺减少了钙钛矿薄膜晶界,从而提升了界面处的载流子提取和传输能力。通过优化混合溶剂的比例和“反溶剂”处理的时间,基于MAPbI3太阳能电池器件实现了从19.6%到21.2%的光电转换效率提升,这些结果表明了利用混合溶剂进行“反溶剂”处理有望制备更高质量的钙钛矿电池器件。