掺杂钙钛矿薄膜的气体修复技术及电池器件研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 常悦 |
| 答辩日期 | 2017-05 |
| 文献子类 | 硕士 ; 学位论文 ; 硕士 ; 学位论文 |
| 授予单位 | 中国科学院大学；中科院青岛生物能源与过程研究所 |
| 授予地点 | 青岛 |
| 导师 | 逄淑平 |
| 关键词 | 钙钛矿 太阳能电池 甲胺气体 溴掺杂 铯掺杂 |
| 学位专业 | 材料学 |
| 英文摘要 | 有机无机杂化钙钛矿材料凭借其合适的带隙宽度、较大的载流子扩散长度、大的吸收系数、低廉的成本、可溶液法制备等优势，吸引了科研工作者的广泛关注。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池自2009年诞生以来，电池效率从开始的3.8%，上升为目前的22.1%，展现出巨大的发展潜力和商业前景。钙钛矿太阳能电池效率的飞速提升，与钙钛矿的成膜工艺不断改善密切相关。抗溶剂法和两步法等是制备小面积钙钛矿膜的常用方法，但制备高质量大面积的钙钛矿太阳能电池仍面临一定的困难。另一方面有机无机杂化材料本身由于其离子活化能较低，造成其对水，热，光等的稳定性较差，限制着其进一步发展。因此，钙钛矿薄膜的大面积制备技术及其器件稳定性是目前钙钛矿太阳能电池发展所面临的两大核心问题。我们课题组前期开发的甲胺气体后修复技术与商业化涂布技术兼容度较高，基本满足了大面积制备钙钛矿薄膜的要求，本文将重点研究该技术在掺杂钙钛矿太阳能电池方面的应用。 本文首先研究了卤素掺杂钙钛矿薄膜的制备技术及其稳定性问题。通过甲胺气体修复技术得到了高度均匀的甲胺类钙钛矿(MAPbI3，MAPbBr3，MAPb(I1-xBrx)3 ) 薄膜并系统研究了Br掺杂钙钛矿太阳能电池分别作为硅叠层器件顶部电池和单节电池的应用。在单节太阳能电池研究中发现适量的卤素掺杂可以稍微提高电池器件的开路电压，但由于掺杂带来吸收范围变窄，总体效果不佳。更为严重的是我们发现卤素Br的引入，不仅没有限制卤素离子的扩散，还加速了Ag电极的腐蚀速率，造成器件性能的衰减。原因可能是其Br的离子半径更小，更容易在钙钛矿层、空穴传输层中扩散，对器件持续光照稳定性方面尤为不利。 我们继而选择无机阳离子掺杂方案，选用较甲胺离子电负性更强的铯（Cs+）离子，因为其与I-更强的作用力，从而提高了材料中碘离子的活化能。我们发现铯掺杂的钙钛矿材料同样适用于甲胺气体修复工艺，原因是CsI和MA气体同样可以生成可流动的CsI•xCH3NH2中间相。这种方法制备的Cs掺杂钙钛矿太阳能电池的光电效率达到17%，更为明显的是其稳定性比纯相MAPbI3钙钛矿电池得到较大改善。这是由于Cs离子更高电负性和非极化结构，其掺杂后钙钛矿材料中PbI6八面体的对称性得到了显著提高，10%的Cs掺杂后材料的降解速率降低了2倍。从而获得了更加稳定的钙钛矿材料及电池器件。 本文的研究针对于钙钛矿太阳能电池商业化发展的瓶颈问题，相关实验结果和基础理论的分析对进一步优化钙钛矿薄膜的制备工艺、材料体系以及器件结构等具有一定借鉴意义。 |
| 学科主题 | 材料学 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2017-07-01 |
| 源URL | [http://ir.qibebt.ac.cn/handle/337004/9970]  |
| 专题 | 青岛生物能源与过程研究所_仿生能源与储能系统团队 |
| 作者单位 | 中国科学院大学；中科院青岛生物能源与过程研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 常悦. 掺杂钙钛矿薄膜的气体修复技术及电池器件研究[D]. 青岛. 中国科学院大学；中科院青岛生物能源与过程研究所. 2017. |
入库方式： OAI收割
来源：青岛生物能源与过程研究所
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