钙钛矿型太阳能电池的稳定性及大面积制备的研究

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1、学校代码10459学号或申请号201412192409密级硕士学位论文钙钛矿型太阳能电池的稳定性及大面积制备的研究作者姓名：李鹏伟导师姓名：邵国胜教授学科门类：工学专业名称：材料加工工程培养院系：材料科学与工程学院完成时间：2017年4月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterResearchontheStabilityandLargeAreaPreparationofPerovskite-typeSolarCellsByPengweiLiLiSupervi

2、sor:ProfessorGuoshengShaoMaterialsProcessingEngineeringSchoolofMaterialsScienceandEngineeringApril2017学术论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其它个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：年月日学位论文使用授权声明本人在导师

3、指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：日期：年月日摘要随着化石燃料等不可再生能源的不断消耗，人类面临的能源危机日趋重。因此，

4、可再生能源太阳能越来越受到人们的重视。作为第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池（PSCs）的活性层具有极高的消光系数，较大的载流子扩散长度及双极性载流子传输等性能成为研究热点。实现商业化应用，必须在提高光电转化效率的基础上，逐步提高PSCs在空气中的稳定性，突破器件大面积制备的瓶颈。本论文通过界面调控法制备高效钙钛矿太阳能电池，同时器件的稳定性得到了极大地提高；另外通过喷墨打印法制备出厚度均匀，粗糙度低及微米级钙钛矿晶粒尺寸的钙钛矿薄膜，从而实现了大面积高性能太阳能电池的制备，主要研究内容包括：1.将高聚物聚乙烯亚胺（PEI）溶于二

5、-甲氧基乙醇中旋涂于空穴传输层VOX上，通过对比处理前后钙钛矿前驱体溶液接触角，发现处理前后接触角由30.9°减小为15.1°，界面浸润性得到了提高。制备出的钙钛矿薄膜，通过顶层扫描电镜（SEM）发现，经过PEI处理后的薄膜覆盖率由70%提高到了95%左右；截面SEM表明，处理后的钙钛矿厚度从290nm提高至320nm；X射线衍射（XRD）表明，经过PEI处理后，钙钛矿结晶性得到了提高。2.制备器件结构为FTO/VOX/CH3NH3PbIXCl3-X/PCBM/LiF/Al的太阳能电池，发现由于钙钛矿薄膜厚度提高增加了光的吸收，经

6、过PEI处理后的器件量子效率得到了提升，J-V曲线发现器件的短路电流密度提高，最高效率达到了14.4%，稳态PL及电化学阻抗进一步证明器件性能的提升。由于PEI的吸水性，将另外一层PEI薄层至于PCBM/PEI/LiF/Al，优化后的器件至于自然条件下，经过10天后，器件效率下降不到10%，然而参考器件经过同样的条件，效率下降了90%左右，相关实验表明该界面处理可以大大提高器件在空气中的稳定性。3.选用超浸润介孔二氧化钛作为喷墨打印基底，将PbI2溶于DMF、DMSO及两者的混合液中，配置出质量分数为20%的溶液。通过DMP283

7、1喷墨打印机制备碘化铅薄膜，通过调节打印参数、基板温度及退火时间，主要因为DMF和DMSO熔点及挥发性不同；由于溶剂挥发速度慢，沸点高，纯DMSO溶液制备的PbI2薄膜表面粗糙度达到200nm以上。混合溶液制备出的PbI2薄膜平整度较I好，后期经过碘甲胺（MAI）处理后发现，形成的钙钛矿薄膜表面粗糙度为30nm左右，晶粒尺寸达到微米级别。4.通过喷墨打印制备器件结构为FTO/c-TiO2/m-TiO2/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD/Au的太阳能电池，通过IPCE、J-V曲线表明电池开路电压和短路电流得到了提升，稳

8、态PL、电化学阻抗也验证了这一点。最终获得最高效率达到了18.12%。打印有效面积为10cm2的太阳能电池，其效率高达10%以上，是目前报道的喷墨打印制备太阳能电池的最高效率。关键词：钙钛矿太阳能电池；活性层；喷墨打印；空穴传输层；超浸润IIAbs