高效平面异质结有机-无机杂化钙钛矿太阳电池的质量管理

基于有机-无机杂化钙钛矿材料的太阳电池具有能量转换效率高和制备工艺简单等优点,引起了学术界的高度关注.其中平面异质结结构太阳电池具有结构简单,可与其他类型电池相兼容以构筑叠层电池设计,以及可低温制备等诸多优点,成为当前的一个重要研究方向.然而,电池性能的优劣与钙钛矿薄膜质量的高低有着直接的联系.本文对钙钛矿材料的特性、一步溶液法制备薄膜的成核-生长机理、电池结构的演变等进行了概述,其中重点介绍了高质量钙钛矿薄膜溶液法制备过程的一些最新的质量控制方法;最后对钙钛矿太阳电池的发展及存在问题进行了总结和展望,为今后的研究提供参考.     

退火温度对电子束蒸发沉积Cu_2O薄膜性能的影响

近年来,钙钛矿太阳电池(PSCs)得到了迅猛发展,而无机空穴传输材料(IHTMs)的使用可进一步降低电池的成本,提高电池的稳定性.本文通过电子束蒸发制备了Cu_2O薄膜,研究了空气中退火温度及时间对薄膜组成、结构及光电性能的影响,并构筑了p-i-n反型平面异质结钙钛矿太阳电池.研究发现:由于热解作用,直接通过电子束蒸发制备的薄膜为Cu_2O和Cu的混合物;而在空气中经过退火后,由于氧化作用,随着退火温度的升高,薄膜的组分由混合物转变为纯的Cu_2O,再转变成纯的CuO.通过控制退火温度制备的Cu_2O薄膜的光学带隙约为2.5 eV,载流子迁移率约为30 cm~2·V~(-1)·s~(-1).应用于PSCs,薄膜的最佳厚度为40 nm,但电池性能低于PEDOT:PSS基的PSCs.这主要是由于钙钛矿前驱液在Cu_2O薄膜的润湿性较差,吸收层中有大量微孔洞存在,致使漏电流增强,电池的性能降低.然而,当采用Cu_2O/PEDOT:PSS双HTMs设计时,由于PEDOT:PSS对Cu_2O具有较强的腐蚀作用,使电池性能恶化.     

气相辅助电沉积法低温制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的研究

采用低成本的气相辅助电沉积方法(vapor-assisted electro-deposition,VAED)成功制备了面积为15 cm2均匀致密的钙钛矿薄膜.首先通过电化学沉积制备PbO2薄膜,然后与HI气体反应得到PbI2薄膜,接下来再与HI和CH3NH2混合气体反应,得到CH3NH3PbI3薄膜.实验发现:电化学沉积电压对PbO2薄膜的表面形貌和微结构有重要影响;在PbO2向PbI2的转化过程中,随着反应时间的减小,PbI2的结晶性逐渐增强,最佳反应时间为10 min;在钙钛矿的转化过程中,当HI/CH3NH2体积比为1:2时可获得均匀致密、四方相的钙钛矿薄膜.本研究提供了一种低温制备大面积均匀CH3NH3PbI3薄膜的方法,得到的CH3NH3PbI3薄膜可望在光电器件中得到应用.