平面结构有机无机杂化钙钛矿光伏电池界面层优化

【摘要】：有机无机卤化物钙钛矿材料因其具有良好的光学和电学性质、可用低温溶液法加工和具有一定柔性,曾经被作为发光二极管材料和场效应晶体管材料得到一些研究。自从2009年钙钛矿电池出现,经过几年的发展,能量转化效率(PCE)已经达到22%。为了开发更简单的制备工艺,获得更加稳定的电池,本论文主要开展以下两方面的研究工作。1.TiO2/Mo O3掺杂PEDOT:PSS空穴传输层的作用研究把TiO2/Mo O3核壳结构纳米粒子,掺杂到PEDOT:PSS中作为钙钛矿电池的空穴传输层,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS:TiO2/Mo O3(40nm)/CH3NH3PbI3-x Clx(400nm)/C60(40nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的光伏器件,相对于以纯PEDOT:PSS作为空穴传输层的器件,电池的平均PCE从8.98%提高到11.75%,提高了31%,最好器件的PCE可达13.63%。更重要的是,器件的稳定性得到大幅提高,在空气中存储400小时后仍保持原有效率的92%,而参照器件已经完全失效。器件性能的改进主要归因于核壳结构纳米粒子可以作为钙钛矿层退火结晶过程的晶核促进钙钛矿结晶,获得更加致密的钙钛矿薄膜,同时TiO2/Mo O3的掺杂降低了PEDOT:PSS的吸湿性。2.F_(16)CuPc作为载流子传输层对钙钛矿性能的影响研究以F_(16)CuPc作为电子传输层,制备了结构为ITO/PEDOT:PSS(40nm)/CH3NH3PbI3(400nm)/F_(16)CuPc(40nm)/Bphen(5nm)/Ag(100nm)的光伏器件,其PCE可达12.63%,与以富勒烯衍生物作为电子传输层的器件相当。在此基础上,采用F_(16)CuPc/PEDOT:PSS空穴传输层,器件性能进一步提高,最高PCE达到13.47%。研究结果表明F_(16)CuPc无论作为空穴传输层还是电子传输层都表现出优良的作用,相关机理还有待进一步研究。 【关键词】：钙钛矿电池 纳米粒子 界面层 稳定性
【学位授予单位】：中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM914.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 太阳能光伏技术的研究背景及意义11-15
• 1.1.1 太阳能光伏技术的必然性11-13
• 1.1.2 太阳能光伏技术的可能性13-15
• 1.2 太阳能光伏技术的研究现状15-18
• 1.3 钙钛矿光伏电池的发展状况简介18-23
• 1.4 本论文的主要工作23-25
• 第二章 基础知识25-61
• 2.1 光伏电池基本知识25-38
• 2.1.1 光电效应25-26
• 2.1.2 光伏效应26-29
• 2.1.3 光伏电池参数解析29-32
• 2.1.4 实际电池等效电路及参数32-36
• 2.1.5 光伏电池效率极限36-38
• 2.2 钙钛矿材料介绍38-49
• 2.2.1 钙钛矿材料基础38-41
• 2.2.2 钙钛矿材料的维度变化41-42
• 2.2.3 钙钛矿材料的相变42-43
• 2.2.4 钙钛矿材料电荷输运性能43-44
• 2.2.5 钙钛矿材料光学性能44-49
• 2.3 钙钛矿电池的结构和制备方法49-53
• 2.4 钙钛矿电池基本原理53-57
• 2.5 钙钛矿薄膜形成的化学过程57-59
• 2.6 钙钛矿光伏器件的迟滞效应59-61
• 第三章 掺杂纳米粒子空穴取出层提高钙钛矿电池性能的研究61-83
• 3.1 本章引言61-62
• 3.2 实验方法62-64
• 3.2.1 空穴传输材料准备62-63
• 3.2.2 器件制作63
• 3.2.3 表征仪器63-64
• 3.3 实验结果和讨论64-82
• 3.3.1 器件结构表征64-68
• 3.3.2 器件性能表征68-71
• 3.3.3 实验结果讨论71-82
• 3.4 总结82-83
• 第四章 F_(16)CuPc界面层在钙钛矿电池中的应用83-99
• 4.1 本章前言83-84
• 4.2 实验部分84-85
• 4.2.1 材料和器件制备84-85
• 4.2.2 测试方法85
• 4.3 结果和讨论85-98
• 4.4 结论98-99
• 第五章 结论与展望99-101
• 参考文献101-115
• 在学期间学术成果情况115-117
• 指导教师及作者简介117-119
• 致谢119

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