聚合物太陽能電池與鈣鈦礦太陽能電池器件的制備與優(yōu)化.pdf

1、聚合物太陽能電池中活性層形貌是制約電池效率的重要因素，調(diào)控活性層形貌的方式有多種，例如選擇合適的給受體比例和溶劑體系、添加助劑、熱退火和溶劑退火等。本論文詳細(xì)研究了旋涂速度對(duì)活性層形貌、單位厚度的吸光能力和相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換效率的影響規(guī)律，為活性層形貌的調(diào)控提供了一定的理論指導(dǎo)。鈣鈦礦太陽能電池一經(jīng)出世就迎來飛速的發(fā)展，目前效率已達(dá)到20.2％。鈣鈦礦太陽能電池中，傳統(tǒng)金屬氧化物電子傳輸層需要450℃以上高溫?zé)Y(jié)，這不利于高效鈣鈦礦電池的商

2、業(yè)化應(yīng)用。本論文采用兩步浸泡法并結(jié)合低溫制備TiO2薄膜來制備鈣鈦礦器件；同時(shí)，還研究了退火條件對(duì)一步旋涂法制備的鈣鈦礦層的結(jié)晶性、形貌的影響規(guī)律，制備出了器件效率為11.73%的鈣鈦礦太陽能電池器件。
　　1.以三元共聚物PTBT–HTID–DPP為給體材料，從不同給受體比例、混合溶劑的選擇、熱處理等方面對(duì)器件性能進(jìn)行了優(yōu)化。重點(diǎn)研究了轉(zhuǎn)速對(duì)光活性層的光物理性能和器件性能的影響。研究結(jié)果表明，改變轉(zhuǎn)速，不僅可以影響膜厚，還可影響

3、光活性層的形貌，降低轉(zhuǎn)速，有助于提高光活性層的單位厚度吸光能力，提高器件在長(zhǎng)波長(zhǎng)范圍的外量子轉(zhuǎn)換效率。通過改變濃度轉(zhuǎn)速來獲得基本相當(dāng)厚度的光活性層，研究結(jié)果表明，低轉(zhuǎn)速（800rpm）制備的活性層具有更高的單位厚度的吸光能力、更小微相分離尺度和及較小的粗糙度，以及在可見光區(qū)更大的入射單色光子-電子轉(zhuǎn)化效率（IPCE）響應(yīng)，故800rpm轉(zhuǎn)速下制備的PSCs器件具有最高的能量轉(zhuǎn)換效率4.31%。
　　2.以低溫制備的TiO2薄膜作為

4、電子傳輸層和空穴阻擋層，通過兩步浸泡法（即將PbI2旋涂至TiO2膜上，然后浸泡CH3NH3I異丙醇溶液）制備了鈣鈦礦器件。研究結(jié)果表明，水解時(shí)溶液加入異丙醇可以削弱TiO2的團(tuán)聚現(xiàn)象和開裂程度，使得CH3NH3PbI3晶粒尺寸變小，CH3NH3PbI3膜的孔隙減少。提高退火溫度并延長(zhǎng)退火時(shí)間，可使得CH3NH3PbI3晶粒尺寸變小，膜更平整，但PbI2膜在CH3NH3I溶液中浸泡時(shí)間短，無論在什么退火條件下，膜都含有大量殘留的PbI2

5、。當(dāng)延長(zhǎng)PbI2薄膜在CH3NH3I溶液浸泡時(shí)間，能有效地減小CH3NH3PbI3晶粒的尺寸，提高CH3NH3PbI3膜的覆蓋率和平整度。研究結(jié)果表明，完全轉(zhuǎn)化成CH3NH3PbI3需浸泡30min，然而，浸泡20min后，CH3NH3PbI3薄膜開始松動(dòng)、易掉落，這不利于鈣鈦礦器件的制備也限制器件性能。因此，我們改用一步法（即PbCl2與CH3NH3I混合后再旋涂成膜）制備CH3NH3PbI3-xClx吸光層。研究結(jié)果表明，退火溫度為