pc61bm优化电子输运层柔性钙钛矿太阳能电池的制备与研究

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1、分类号：TN304.1单位代码：11232密级：工学硕士学位论文PC61BM优化电子输运层柔性钙钛矿太阳能电池的制备与研究学院：理学院学科(专业)：微电子学与固体电子学学号：2015020418作者：陈丹指导教师：杨虹副教授完成日期：二零一八年肆月十七日分类号：TN304.1单位代码：11232密级：工学硕士学位论文PC61BM优化电子输运层柔性钙钛矿太阳能电池的制备与研究学院：理学院学科(专业)：微电子学与固体电子学学号：2015020418作者：陈丹指导教师：杨虹副教授完成日期：二零一八年肆月十七日学位论文版权使用授权书本人完全了解北京信息科技大学关于收集、保存、使用学

2、位论文的规定，按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本。学校有权保留学位论文并向中国科学技术信息研究所等国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。学校有权适当复制、公布论文的全部或部分内容。学校有权将本人的学位论文加入《中国优秀硕士学位论文全文数据库》和编入《中国知识资源总库》。学位论文作者签名：年月日□公开□保密（____年____月）(保密的学位论文在解密后应遵守此协议)指导教师签名：学位论文作者签名：年月日年月日硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文题目为《PC61BM优化

3、电子输运层柔性钙钛矿太阳能电池的制备与研究》学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明并表示了谢意。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。作者签字：年月日摘要摘要本论文主要通过PC61BM对低温致密TiO2层优化，完成了致密层烧结工艺从高温（500℃）向低温（150℃）的转化，成功实现了在柔性基底上平面钙钛矿太阳能电池的制备，具体包含以下四个方面：1.确定了旋涂完

4、MAI先体溶液后的静置时间。本论文制备了烧结前静置时间为0s，5s及10s的三种器件并进行了表征测试，发现0s器件的性能较好，其Voc为0.89V，J2sc为11.77mA/cm，FF为40.99%，PCE为4.32%。这证实了钙钛矿的结晶基本在MAI先体溶液的匀胶过程中完成，在静置时间内，薄膜中残留的DMF(+DMSO)对已经形成的MAPbI3晶粒起到了部分溶解的负面作用，随后退火过程中钙钛矿二次结晶，晶体直径变小、生长不均匀甚至畸形生长。高温致密TiO2层的制备方法为两次旋涂两次烧结时，电池的最优效率达到4.68%，此时致密层厚度为~140nm。2.采用旋涂低温纳米晶T

5、iO2旋涂液的方法制备了低温致密TiO2层。薄膜中残留溶剂的挥发速率对该层的形貌有较大影响，而烧结工艺直接影响着溶剂的挥发速率。为了确定低温致密层最优的烧结工艺，设计了直接进行150℃烧结、从室温升温至150℃烧结和先室温静置1h后再从室温升温至150℃烧结三种工艺。实验结果表明使用1h-1层烧结工艺时，通孔数量很少，致密层对FTO表面覆盖较完好。基于该工艺在ITO基底上制备的钙钛矿太阳能电池反扫Voc为0.92V。3.利用PC61BM解决了因低温致密TiO2层孔洞引起的电池短路问题。使用PC61BM溶液的五种浓度分别为5、10、15、20及25mg/mL。在FTO基底上的

6、最优浓度为15mg/mL，对应器件的V2oc为1.01V，Jsc为14.74mA/cm，FF为36.70%，PCE为5.48%；在ITO刚性基底上最优浓度为20mg/mL，此时电池的Voc为1.04V，Jsc为17.11mA/cm2，FF上升到46.53%，PCE为8.24%；在两种基底上最优浓度的电池正反扫曲线基本没有回滞，展示出PC61BM对致密TiO2层和钙钛矿层之间界面缺陷的良好钝化作用。4.使用了混合甲脒甲胺卤素(FAxMA1-xBrxClyI1-x-y)前驱体溶液制备了针对钙钛矿ABX3结构中A位和X位掺杂的钙钛矿太阳能电池。浓度为60:6:6mg/mL的混合甲

7、脒甲胺卤素先体溶液制备的钙钛矿薄膜均匀且致密，晶粒平均直径达到500nm以上，XRD图显示该浓度下两种先体溶液反应充分，只有极少量的PbI2残留，器件的光电转化效率为9.79%。基于本论文全部的优化工艺，制备了效率为3.24%的柔性电池。关键词：烧结温度；致密TiO2层；PC61BM优化；掺杂；柔性太阳能电池IABSTRACTABSTRACTInthisthesis,bytuningtheannealingtemperatureofthedenseTiO2layerfrom500℃to150℃andoptimizi