反式平面异质结宽带隙钙钛矿太阳电池的制备和性能研究

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1、硕士学位论文反式平面异质结宽带隙钙钛矿太阳电池的制备和性能研究作者姓名过配配学科专业材料物理与化学指导教师叶轩立教授所在学院材料科学与工程论文提交日期2018.04TheresearchonthefabricationandpropertiesforinvertedplanarheterojunctionwidebandgapperovskitesolarcellsADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：PeipeiGuoSupervisor：Prof.Hi

2、n-LapYipSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TB34学校代号：10561学号：201520114288华南理工大学硕士学位论文反式平面异质结宽带隙钙钛矿太阳电池的制备与性能研究作者姓名：过配配指导教师姓名、职称：叶轩立教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：材料物理与化学研究方向：有机无机杂化宽带隙钙钛矿光电器件论文提交日期：2018年4月10日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：彭

3、俊彪委员：王磊叶轩立何志才兰林峰摘要太阳能作为地球上的根本能源，有安全环保，资源丰富等众多优点，备受人类所关注。太阳电池作为将太阳能转化为电能的装置，其光电转换效率是表征电池性能的一个重要参数。晶体硅电池认证效率高达25.8%，已然接近Shockley-Queisser效率极限，然而其发电成本与不可再生能源相比仍然处于劣势。将一个成本较低的宽带隙钙钛矿电池作为硅、铜铟镓硒、或者窄带系钙钛矿叠层电池的前电池是一种提升太阳电池光电转换效率克服Shockley-Queisser效率极限的很好方法，因此发展高效宽带隙太阳电池很有

4、必要。钙钛矿材料具有高缺陷容忍度、高光吸收系数、长载流子扩散长度以及低表面复合速率、可溶液加工等优点让它成为太阳电池的理想材料，晶体硅的带隙约为1.1eV，在晶体硅电池上制备成本低且带隙为1.7~1.8eV的钙钛矿电池，能够得到光电转换效率超过30%的叠层器件，有效地降低太阳电池的发电成本。因此，本论文主要讲述了如何制备高效、稳定的反式平面异质结宽带隙钙钛矿太阳电池，主要分为以下两个部分：在论文的第三章中，我们研究了不同碘溴比对MAPb(IxBr1-x)3-yCly钙钛矿材料的吸收和带隙的影响，选取了带隙为1.72eV的

5、MAPb(I0.7Br0.3)3-yCly薄膜作为光吸收层。与此同时，通过用聚合物电解质PSS-Na修饰PEDOT:PSS，拉低空穴传输层PEDOT:PSS的HOMO能级，使得钙钛矿薄膜与空穴传输层的能级更为匹配，成功制备了效率超过11%的宽带隙钙钛矿太阳电池。但由于MAPb(I0.7Br0.3)3-yCly薄膜的加工方法以及结晶过程受环境影响等因素导致MAPb(I0.7Br0.3)3-yCly钙钛矿电池的重复性很差。为此我们做了一系列优化，比如采用相稳定性更好的钙钛矿组分Cs0.05(FA0.8MA0.2)0.95Pb

6、(I0.6Br0.4)3；采用反溶剂法的加工方式得到更均匀光滑的钙钛矿薄膜；改变空穴传输层材料得到稳定性更好的器件等，此外，我们还研究了NiOx薄膜不同退火温度调控NiOx能级对宽带隙钙钛矿电池性能的影响。最后，我们成功制得了带隙为1.75eV、效率超过14%、重复性能优异的宽带隙钙钛矿太阳电池。甲基碘化胺（MAI）是钙钛矿前驱体溶液中的一种重要组成材料，在第四章中我们通过在钙钛矿前驱体溶液中加入1%、2%、3%富余的MAI，研究不同MAI含量富余对制得的反式平面异质结宽带隙钙钛矿太阳电池性能的影响。我们通过电池器件的载

7、流子动力学研究证明在钙钛矿前驱体溶液中少量（1%、2%）的MAI富余能够减少电池器I件工作过程中的复合，提高载流子的寿命，缩短载流子的抽取时间，提升器件性能。在对光照之后的钙钛矿薄膜进行PL以及XRD的研究中，证明了富余的MAI能够有效的抑制宽带隙钙钛矿薄膜的相分离程度，从而提升器件的开路电压，降低器件的能量损失。最后我们还研究了富余的MAI对宽带隙钙钛矿电池器件存放稳定性与光照稳定性的影响，验证钙钛矿薄膜相分离对宽带隙钙钛矿电池光照稳定性的影响。最后，我们成功制得了光电转换效率高达16.09%、FF高达81.61%、带

8、隙为1.75eV的钙钛矿太阳电池。关键词：叠层电池前电池；宽带隙钙钛矿电池；器件优化；甲基碘化胺富余IIAbstractSolarenergy,astheenergysourceontheearth,possessesserveraladvantagesthatdifferfromotherenergy,suchas