添加劑處理電子傳輸層PCBM對鈣鈦礦太陽能電池性能的影響.pdf

1、基于有機(jī)無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦材料的全新太陽能電池從2013年6月以來，引起了人們極大的關(guān)注，相關(guān)的研究工作被Science期刊評為2013年度國際十大科技進(jìn)展之一，鈣鈦礦光伏器件的光電轉(zhuǎn)換效率(power conversion efficiency PCE)在不到六年的發(fā)展時間里從3.8％大幅度提升到22.1％，其潛力難以估量。提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率始終是光伏器件研究與開發(fā)中不變的主題。有機(jī)無機(jī)復(fù)合鈣鈦礦材料被證明是非常出色的光伏

2、材料，目前主要通過優(yōu)化鈣鈦礦材料的結(jié)晶和形貌來提高鈣鈦礦太陽能電池效率。而對于電荷傳輸層，特別是p-i-n結(jié)構(gòu)中電子傳輸層的研究相對較少。在鈣鈦礦太陽能電池中，電子傳輸層與吸收層的電子選擇性接觸對光電轉(zhuǎn)化效率至關(guān)重要，在正置結(jié)構(gòu)器件中影響更大，電子傳輸層的介觀結(jié)構(gòu)直接影響到鈣鈦礦生長情況。并且，電子傳輸層的傳輸電子的特性對電池性能有著至關(guān)重要的影響，還有化學(xué)性質(zhì)及其界面也會影響到電池的穩(wěn)定性和壽命。通過在電子傳輸層PCBM中加入添加劑聚

3、苯乙烯(PS)和1，8-二碘辛烷(DIO)來處理電子傳輸層，改善了電子傳輸層的形貌和膜層的質(zhì)量，達(dá)到了改善電荷傳輸特性的效果，提升了鈣鈦礦太陽能電池的效率。
　　首先，制備了結(jié)構(gòu)為ITO/PEDTO∶PSS/CH3NH3PbI3/PCBM/Al的鈣鈦礦太陽能電池，通過改變添加劑的濃度來研究添加劑1，8-二碘辛烷(DIO)對光伏器件性能的影響。當(dāng)單獨(dú)加入的添加劑DIO濃度為2％時，得到的效果最好，開路電壓提高到1.01V，電流提高到

4、16.32mA·cm-2，效率提升為12.04％。DIO是最常見的添加劑，能很好地溶解PCBM，由于DIO的沸點(diǎn)為333℃，高于主體溶劑氯苯的沸點(diǎn)132℃，所以在PCBM結(jié)晶過程中揮發(fā)的緩慢，有利于提升PCBM的結(jié)晶質(zhì)量，形成質(zhì)量更高表面更平滑的膜層，進(jìn)而提高其電子傳輸性能.添加劑DIO的加入改善了電子傳輸層的形貌，有利于電荷的分離、傳輸和收集，因而很好地提升了光電轉(zhuǎn)化效率。聚苯乙烯(PS)常作為添加劑應(yīng)用于有機(jī)太陽能電池活性層中，來提

5、升溶液粘度和增加膜層厚度，提升薄膜的均勻性，也有研究組報道使用PS作為添加劑加入到鈣鈦礦太陽能電池中的電子傳輸層PCBM中，得到了更光滑更平整的PCBM膜層，有效的抑制了電池界面處電荷復(fù)合，所以使用PS作為第二種添加劑，和DIO一起作為雙添加劑處理電子傳輸層PCBM。雙添加劑PS和DIO處理電子傳輸層，可以集合兩者的優(yōu)點(diǎn)，起到更好的效果，通過在電子傳輸層PCBM中添加聚苯乙烯(PS)和1，8-二碘辛烷(DIO)，使得鈣鈦礦太陽能電池的光