基于摻雜改性的氧化鎳空穴傳輸層制備平面反向鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其性能研究.pdf

1、近年來(lái)，基于有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦材料（ABX3，A= Cs+，CH3NH3+(MA+)， NH=CHNH3+(FA+)；B= Pb2+；X= Cl-，Br-，I-）為光活性層構(gòu)建的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于集吸光系數(shù)高、缺陷密度低、激子束縛能低、載流子擴(kuò)散距離長(zhǎng)，以及成本低、光電轉(zhuǎn)換率高等優(yōu)點(diǎn)于一身，而成為新型光伏技術(shù)研究領(lǐng)域中的一顆“新星”，其中平面反向鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其制備工藝相對(duì)簡(jiǎn)單成為研究熱點(diǎn)。在平面反向鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，空穴傳輸

2、材料對(duì)于器件效率和穩(wěn)定性起著非常重要的作用，氧化鎳（NiOx）空穴傳輸材料因其化學(xué)穩(wěn)定性好、制備的器件效率高越來(lái)越受到研究人員的關(guān)注?；贜iOx空穴傳輸材料制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池具備良好的光電性能，主要原因在于相比于其他材料，NiOx的價(jià)帶能級(jí)與鈣鈦礦更為匹配，從而器件開路電壓較高。但是由于NiOx自身的導(dǎo)電性不強(qiáng)，導(dǎo)致電池的短路電流以及填充因子較低，改善其導(dǎo)電性成為提高器件性能的首選方向。目前，摻雜是提高NiOx導(dǎo)電性行之有效的辦法

3、之一。本文采用金屬元素?fù)诫sNiOx薄膜，改善其導(dǎo)電性能，在此基礎(chǔ)上，探究摻雜改性對(duì)NiOx薄膜光學(xué)和電學(xué)性能的影響、討論摻雜改性的NiOx薄膜對(duì)鈣鈦礦薄膜微觀形貌以及鈣鈦礦太陽(yáng)能性能的影響。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴制備了Ag摻雜的NiOx薄膜（Ag:NiOx），并以其作為空穴傳輸層，以甲胺鉛碘（MAPbI3）為活性層，制備出光電轉(zhuǎn)換效率高且環(huán)境穩(wěn)定性好的平面反向鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。結(jié)果表明，相比于純NiOx薄膜，當(dāng)銀摻雜量為2

4、at％時(shí)，能夠有效提高NiOx薄膜的透光性和空穴遷移率。同時(shí)，在2at%Ag:NiOx空穴傳輸層上制備的鈣鈦礦薄膜具有更好的結(jié)晶質(zhì)量和更高的覆蓋率，且其薄膜更為光滑，晶粒尺寸大?；?at%Ag:NiOx空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池開路電壓達(dá)到1.07V，短路電流為19.70mA/cm2，填充因子為80%，最高電池效率達(dá)到16.86%，而以純NiOx薄膜為空穴傳輸層制備的電池效率僅為13.46%。此外，相對(duì)于以有機(jī)空穴傳輸層和純Ni

5、Ox薄膜空穴傳輸層制備的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池而言，基于Ag:NiOx空穴傳輸層的電池具備較高的環(huán)境穩(wěn)定性。⑵制備了Li、Ag共摻NiOx薄膜（Li:Ag:NiOx），以其為空穴傳輸層，以混合陽(yáng)離子（MA0.9FA0.1PbI3）有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦為活性層制備出光電轉(zhuǎn)換效率高且較高環(huán)境穩(wěn)定性的平面反向混合陽(yáng)離子鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。結(jié)果表明，相比于Ag:NiOx薄膜，Li:Ag:NiOx薄膜具有較高導(dǎo)電性能和透光性。在 Li:Ag:NiOx薄膜

6、上制備的混合陽(yáng)離子MA0.9FA0.1PbI3鈣鈦礦薄膜均勻連續(xù)無(wú)孔洞，對(duì)光的吸收能力較強(qiáng)。與基于Ag:NiOx空穴傳輸層制備的混合陽(yáng)離子鈣鈦礦太陽(yáng)能電池相比，基于Li:Ag:NiOx空穴傳輸層制備的混合陽(yáng)離子鈣鈦礦太陽(yáng)能電池短路電流和填充因子有明顯提高。此外，相對(duì)于以Ag:NiOx薄膜空穴傳輸層制備的MAPbI3鈣鈦礦太陽(yáng)能電池和基于Ag:NiOx薄膜空穴傳輸層制備的MA0.9FA0.1PbI3混合陽(yáng)離子鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，基于Li:A