钙钛矿薄膜的缺陷钝化及光伏性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wxiaof
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料具有优异的光电性能,如长载流子寿命、高载流子迁移率、高光吸收系数和带隙可调节等,可应用于制备多种光电器件,其中钙钛矿太阳能电池在过去十余年中发展势头迅猛。目前,钙钛矿薄膜一般采用溶液法制备,由于结晶速度快且不宜控制,所制得的多晶钙钛矿薄膜内部、晶界和表面不可避免地存在一些间隙、空位或其它缺陷。尽管钙钛矿材料对缺陷的容忍度较高,但随着钙钛矿太阳能电池光电转换效率(photoelectric conversion efficiency,PCE)逐渐提升到一个较高水平,缺陷的存在成为了阻碍钙钛矿电池性能继续提高的主要因素。因此,本文致力于研究钙钛矿薄膜的缺陷钝化方法,通过不同的钝化策略来提高薄膜质量,抑制缺陷诱导的载流子非辐射复合,从而进一步提升电池性能。本文的主要研究内容和结果如下:(1)发展了一种可以在调控晶粒生长的同时钝化钙钛矿中缺陷的添加剂方法,即在利用两步旋涂法制备钙钛矿时,将四丁基碘化铵(tetrabutylammonium iodide,TBAI)引入铅盐前驱液中,通过影响钙钛矿层的结晶过程实现薄膜形貌调控、缺陷钝化和器件光伏性能提升。研究结果表明,经过TBAI优化处理后,钙钛矿晶粒尺寸明显增大,钙钛矿薄膜缺陷密度从1.36×1016 cm-3减小至9.16×1015 cm-3且电子迁移率显著增加,从而抑制了钙钛矿薄膜中的缺陷辅助载流子非辐射复合并改善了界面处的电荷转移效率。这可能是由于一方面TBAI中N原子的孤对电子可与Pb I2中的Pb2+发生路易斯酸碱相互作用,延缓了从Pb I2向钙钛矿的转化结晶过程从而增大了晶粒尺寸并钝化钙钛矿中未配位的Pb2+缺陷,另一方面TBAI中的I–还可以通过静电相互作用填充钙钛矿中的I–空位缺陷。优化TBAI处理浓度后,钙钛矿太阳能电池器件(Au为背电极)实现了18.16%的PCE,明显高于对照电池的15.73%。(2)发展了一种有效的钙钛矿层的表面后处理方法,即使用双氟磺酰亚胺钾盐(Potassium bis(fluorosulfonyl)imide,KFSI)对钙钛矿薄膜表面进行后处理,达到了钝化钙钛矿缺陷,提高器件光伏性能并减小迟滞效应的效果。研究表明,KFSI中的S=O键、S-N键、带正电荷的K+和带负电荷的FSI–离子均可通过路易斯酸碱相互作用或者形成离子键对钙钛矿膜中的多个缺陷起到钝化作用。经过优化浓度的KFSI处理后,钙钛矿薄膜的陷阱密度从8.41×1015 cm-3下降到3.97×1015 cm-3,显著抑制了钙钛矿薄膜内部以及钙钛矿与空穴传输层界面的陷阱辅助非辐射复合。经KFSI处理的电池器件(Au为背电极)实现了~19%的PCE且迟滞现象减小,明显优于对照器件的17.22%。同时,所制备太阳能电池的性能可重复性显著提高。这项工作为钝化钙钛矿薄膜中的多种缺陷,进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能提供了一种简便方法。
其他文献
随着物流业的不断发展,重卡作为物流的重要运输工具也迅速发展,而能源与环保问题的加剧也推动着新能源汽车的不断发展,因此研究发展新能源重卡意义重大;同时,重卡由于其载货量大、路程长的特殊性质,驾驶员在驾驶室内的时间较长,且驾驶工作强度大,重卡的驾驶体验显得尤为重要,消费者对驾驶室的舒适性、人性化等也提出了更高的要求,因此对重卡驾驶室人机工程的研究有着重大意义。随着研究深入,现阶段依据人机工程理论对驾驶
学位
甲醇燃料是一种清洁代用燃料,在发动机中使用甲醇燃料,能够调整我国目前“多煤、少油、缺气”的能源结构,在一定程度上缓解我国目前的能源危机,同时也有助于实现“双碳目标”。甲醇发动机着火方式分为压燃式与点燃式两类,由于甲醇燃料的蒸发潜热高,需要外界能量的激励才能燃烧。相比于点燃式甲醇发动机,压燃式甲醇发动机具有压缩比高、热效率高的优点,但是压燃式甲醇发动机工作较为粗暴,并且NOx的排放较高。在压燃式甲醇
学位
伴随我国的航空事业的快速发展,近年来为了解决道路拥堵等问题,私人飞行驾照已然成为发展趋势。根据2018年6月11日发布了1543号民航局以明传电报形式发布的《关于明确私人飞行申请等有关问题的通知》。这是在过去几十年来首次针对私人飞行计划申请专门发布的规定文件,对通用航空飞行活动创造更加宽松运动环境及推动私人飞行发展和消费类通用航空市场的成长有着重要意义。飞行模拟器作为学员在陆地训练的必要设备,在使
学位
随着化石资源的不断消耗和环境污染的加剧,我们迫切需要找到可再生、无污染的储能装置。锂离子电池以其高安全性、高能量密度、高循环寿命等优点,在便携式移动电子设备中得到了广泛的研究和商业化。但由于地壳内锂资源的有限性和分布不均,阻碍了其未来的发展。而钠离子电池(SIBs)以其低廉的价格、丰富的钠资源和相似的氧化还原电位(ENa/Na+=-2.7 V,ELi/Li+=-3.0 V)成为潜在的替代品。遗憾的
学位
为应对环境污染日益严重的影响,我国积极应对气候变化,提出双碳政策,实行节能减排。汽车在高速行驶时克服空气阻力做功消耗了大部分能源,既造成了更多的碳排放,也缩短了续航里程,因此,改善汽车的空气动力学性能,降低汽车的气动阻力系数以提高能源利用率具有重要的意义。汽车空气动力学性能的改善主要以调整形态,加装主被动减阻装置来实现,研究表明,对自然界生物表面微小结构进行仿生,并运用于汽车减阻,是一种低成本,高
学位
多轴线运输车可以通过横向与纵向拼接的方式来满足不同质量、形状和体积货物的运输,且其具有载货平台升降功能,能够实现货物的自主装卸,在大件运输行业正发挥着越来越重要的作用。但目前多轴线运输车存在设计周期长、生产制造困难以及因自重较大而导致成本及油耗较高等问题。因此,将现代模块化设计方法和轻量化技术运用到多轴线运输车的设计研发中,缩短多轴线运输车的研发周期,降低生产成本,对提高多轴线运输车的市场竞争力,
学位
重型卡车是一类在基础经济建设中发挥运输调配功能的交通工具。以长途物流牵引重型卡车为例,由于其主要用于长途运输,驾驶员用户常年驾驶在路上,因此,高强度的工作压力下,为了保持时刻清醒,卡车行业存在一个独特的现象——跟车。行业收入不稳定、家里亲人不放心,因此“父子车”、“兄弟车”甚至“夫妻车”屡见不鲜。随着社会经济的发展,用户对于产品的需求不再仅限于“能用”,更期待“好用”。长期以来,作为整车的操作中心
学位
为了解决能源需求和环境保护的问题,清洁可再生能源的开发与利用得到了人们的关注,而高性能储能设备的开发与利用是其中的关键因素之一。在储能设备中,超级电容器以其性能优良、环保绿色、制备简便、成本低廉等优点而成为目前研究的热点之一。对于开发高性能超级电容器来说,电极材料的选择至关重要。过渡金属硫化物以其种类丰富、电化学活性高等特性,使它从众多电极材料中脱颖而出。而在过渡金属硫化物中,硫化镍由于具有较高的
学位
金刚石拥有极高的硬度和热导率、极低的摩擦系数及良好的化学稳定性等优异的物理化学性质,是一种极佳的耐磨强化材料。利用化学气相沉积(CVD)法在硬质合金(WC-Co)刀具表面沉积一定厚度的金刚石涂层,可极大地改善刀具的耐磨性能,已成为目前的研究热点。但是,在沉积金刚石涂层的过程中,基体中的Co元素作为催化相,会抑制金刚石的形核和长大,催化石墨相的生成;除此以外,硬质合金与金刚石之间热膨胀系数(CTE)
学位
柴油机因其压缩比高、热效率转化好、利用率高等优点在我国被广泛应用于众多领域,然而因此造成的噪声污染同样不容忽视。柴油机的噪声主要有空气动力学噪声、燃烧噪声和机械噪声,而由活塞敲缸导致的噪声是机械噪声中最主要的噪声源之一。随着柴油机向高速化发展,这种现象会日益加重,不仅影响发动机的性能,严重时还会出现缸套穴蚀现象,甚至穿透缸套导致发动机报废,危及司乘安全。本文开展了柴油机活塞敲缸行为的瞬态动力学建模
学位