空氣中制備高效鈣鈦礦太陽能電池及其穩定性增強研究報告人：劉暢時間：2016.06.27目錄contents背景介紹研究內容結論與實驗方案背景介紹背景介紹CH3NH3PbI3的不穩定性在鈣鈦礦太陽能電池的制備或負載過程中,所處的水氧等氣氛環境條件將直接影響鈣鈦礦太陽能電池的效率，首先,碘化鉛甲胺對水是極為敏感的材料,遇水后極易水解,其次碘化鉛甲胺的熱穩定性和光穩定性差也是導致其整體穩定性差的原因。鈣鈦礦結構通常為ABX3，通過對其A位或者X位的摻雜改性提高鈣鈦礦材料本身的穩定性對電子傳輸層及其界面進行修飾提高電池穩定性對空穴傳輸層及其界面進行修飾提高電池穩定性研究內容提高鈣鈦礦太陽能電池的穩定性鹵素離子Cl摻雜的CH3NH3PbI3-XClx鈣鈦礦結構中X位改性鹵素離子Cl摻雜的CH3NH3PbI3-XClx鈣鈦礦結構中X位改性鹵素離子Cl摻雜的CH3NH3PbI3-XClx鈣鈦礦結構中X位改性鹵素離子Cl摻雜的CH3NH3PbI3-XClx鈣鈦礦結構中X位改性鈣鈦礦結構中X位改性鹵素離子Br組成的CH3NH3PbBr3Averagepowerconversionefficiencyof13.49%andthemaximumefficiencyover15%鈣鈦礦結構中X位改性SCN離子摻雜的CH3NH3PbBr3-x(SCN)x鈣鈦礦結構中A位改性I鈣鈦礦結構中A位改性在鈣鈦礦太陽能電池器件結構中,目前大多采用氧化鈦為致密層或納米多孔載體層。

這種結構導致鈣鈦礦太陽能電池化學穩定性對紫外光照較為敏感。TiO2是典型的光催化材料，其吸收波長在300nm左右,屬于太陽光的紫外部分。TiO2吸收了紫外光后,其價帶上的電子(e－)受激發躍遷至導帶,同時在價帶上產生相應的空穴(h＋)。在以TiO2為納米多孔載體層的鈣鈦礦太陽能電池中，鈣鈦礦材料和TiO2直接接觸，可發生如下反應。該反應會生成HI和CH3NH2從而使CH3NH3I分解,進而導致鈣鈦礦材料的分解,最終導致鈣鈦礦太陽能電池的穩定性降低。電子傳輸層及其界面對電池穩定性的影響選用其他空穴傳輸層在鈣鈦礦層和電子傳輸層間進行界面修飾在電子傳輸層前修飾紫外濾光材料選用其他空穴傳輸層在鈣鈦礦層和電子傳輸層間進行界面修飾在電子傳輸層前修飾紫外濾光材料空穴傳輸層及其界面對電池穩定性的影響目前,鈣鈦礦太陽能電池的空穴傳輸材料一般采用spiro-MeOTAD(2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴),但是實際上其原始空穴傳輸能力只有10-4cm2/V·s,必須進行摻雜才能達到使用的要求,一般采用Li-TFSI(雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰)。Li-TFSI可以顯著提升spiro-MeOTAD的空穴傳輸能力,且可以提升器件的開路電壓.這種材料組合需要氧化,且在氧化過程中Li+可能被消耗掉,且鋰鹽極易吸潮,從而影響電池的效率與穩定。選用不含Li離子的添加劑提高Spiro的空穴傳輸能力開發不需要添加其他添加劑就有比較高的空穴傳輸能力的有機空穴傳輸層研究制備其他穩定的無機空穴傳輸層材料設計制備不含空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池對鈣鈦礦層和空穴傳輸層HTM間進行界面修飾其他離子的添加劑其他有機空穴傳輸層材料無機空穴傳輸層不含空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池在鈣鈦礦層和空穴傳輸層間進行界面修飾CH3NH3PbI3與HTM間的界面修飾鈣鈦礦太陽能電池空氣下的穩定性仍然較差，效率較低通過對鈣鈦礦層的修飾改性提高其本身的穩定性目前我們已經通過tbp的添加可以在空氣中制備效率較高的電池后續可以沿著這一思路尋找更合適的疏水保護劑來提高其穩定性采用無機空穴傳輸層替代有機空穴傳輸層目前我們已經合成氧化亞銅作為無機空穴傳輸層材料后續可以繼續尋找其他合適的p型半