钙钛矿太阳能电池器件制备及I-V滞回特性研究

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经过几十年的技术探索与进步,单晶、多晶硅太阳能电池与薄膜电池已经实现了产业化,在各个领域得到广泛应用。而且在现今实验室中研制的包括染料敏化太阳能电池、量子点敏化太阳能电池、聚合物太阳能电池以及钙钛矿电池的新型太阳能电池,由于其优异的物理化学性能、简单易上手的制备工艺以及可在柔性衬底上制备等优点在光伏领域中表现出巨大潜力。对于钙钛矿太阳能电池,在制备合成工艺、表面改性等方面取得了巨大的技术进步其光电能量转换效率以达到20%以上。本论文对钙钛矿太阳能电池的制备工艺进行研究,通过多种测试手段表征器件的表面形貌和光电性能,最终,制备出了具有较高转换效率的正置平面钙钛矿太阳能电池。然而在钙钛矿电池中存在这一种奇特的现象,在进行电流-电压(I-V)测试中,电流往往随着测试时所设置的参数不同而得到不同的数值,这种现象被称为滞回效应。本文即对该现象展开研究通过测试发现其物理起源以及设计一种电压扫描的方法来减轻这种现象带来的影响。另外,通过其他测试方法来证实我的猜想和方法的合理性。具体研究内容如下:  (1)通过对电子传输层的制备工艺的研究,利用AFM和器件效率的比较,得出较好的电子传输层薄膜,并通过XRD,SEM,紫外-可见光吸收测试等表征手段对钙钛矿材料进行表面形貌、结晶性等表征,对制备工艺的结果进行评价。  (2)介绍了钙钛矿太阳电池中的I-V滞回特性在目前测试过程中的具体表现,并列举目前学术界上对其的研究,主要包括其不利因素和物理起源以及目前已经成功避免I-V滞回特性的方法。  (3)通过电化学工作站对器件进行循环伏安测试,发现器件中是有电容效应的存在。因此,对器件设计了一个类似于电容器充放电的操作,即通过连续的正扫和反扫交替进行的过程对器件进行处理。结果发现对于I-V特性曲线,器件的开路电压和能量转换效率均有大幅度提升,增幅分别为55.74%和61.30%。  (4)再通过电容-电压(C-V)的测试,发现设计的电压扫描方式,改变了器件内堆积在两电极表面的载流子数目,从而改变器件内部的内建电场,从而表现在I-V特性曲线测试时的开路电压增大和器件趋于稳定。
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