CH3NH3PbI3-xClx基钙钛矿太阳能电池的光电性能调控

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有机无机金属杂化钙钛矿太阳能电池因其高转换效率、较高的电子空穴迁移率、低成本以及制备工艺简单使它受到学术界广泛的关注。自2009年以来,经过短短几年的发展,电池效率已经从最初的3.8%提升至22.1%。钙钛矿活性层是钙钛矿太阳能电池的中心部分,它的结晶性和覆盖率对电池的性能有着很大的影响,覆盖率高、结晶性好的活性层是制备高效率钙钛矿太阳能电池的前提,因此,本文主要通过界面修饰和活性层引入氯化铵(NH4Cl)的方法来调控钙钛矿活性层的微结构,以改善电池的光电性能,具体开展了以下两方面工作:  (1)采用碘化甲胺(CH3NH3I)修饰二氧化钛(TiO2)多孔层和钙钛矿活性层之间的界面,研究了CH3NH3I界面修饰改善钙钛矿太阳能电池光电性能的相关机理。结果表明,CH3NH3I的引入将电池的平均转化效率从9.68%提高到了12.27%,效率的提高主要得益于开路电压和填充因子的提升。CH3NH3I的浓度对活性层的形貌和结晶性的影响有着显著的差异,且最优条件为10mg/ml。采用电化学阻抗和荧光光谱仪对器件进行了研究,发现CH3NH3I的引入增大了电池的复合电阻,减小了复合率。  (2)基于结构为FTO/bl-TiO2/meso-TiO2/CH3NH3PbI3-xClx/Spiro-OMeTAD/Ag的电池中,在钙钛矿活性层中引入NH4Cl,钙钛矿太阳能电池的光电性能得到了明显的改善。实验结果显示,引入NH4Cl的最优浓度为0.08M,此时,活性层的表面形貌和结晶性达到最优。当NH4Cl浓度为0.08M时,电池的光电性能最优,光电转化效率达到了12.67%,与未引入的电池相比,提高了26.7%,其主要原因在于NH4Cl的引入提高了钙钛矿活性层薄膜的结晶性,增大了电池的复合电阻。
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