多金属氧酸盐调控电子传输层提升PSCs光电性能研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bblp520a
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钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为光伏领域的新星,由于其成本低,效率高等优点已经成为研究热点。在钙钛矿太阳能电池中,电子传输层起到传输光生电子的作用,因此电子传输层的性能将严重影响电池的光电转化效率。非晶态WOx电子传输层采用低温条件下制备,相比于目前的高效PSCs缩短了器件制备周期,节约了制备成本但形成的电子传输层薄膜缺陷较多、导电性差。传统的TiO2电子传输层导电性不好,对光吸收层催化分解。上述电子传输层的缺点限制了电池性能的进一步提高。杂多酸具有匹配的能级、良好的导电性以及合适的分子尺寸等优点。本论文采用杂多酸修饰和替代PSCs中的电子传输层材料,弥补以上电子传输层材料的缺点,从而提升PSCs的光伏性能。通过杂多酸H3[PW12O40]·nH2O(简称PW12)与非晶态WOx构筑复合PW12-WOx电子传输层的PSCs,缩短了器件制备周期,降低制备成本,同时将电池光电转换效率由12.51%提升至14.38%,效率提高了14.9%。对两种电池进行了荧光发射(PL)、电化学阻抗谱(EIS)、开路电压衰减曲线测试(OCVD)以及单色光光电转化效率(IPCE)等相关测试,从电池内部电荷传输机理角度发现了修饰后电子传输层对光生电子的传输效率提升,电池内部电子与空穴的复合行为减少。通过对电子传输层、钙钛矿层膜表面形貌分析发现,修饰后电子传输层膜缺陷明显减少,钙钛矿层结晶性更好。通过杂多酸Na10[Co2Bi2W20O70]完全替代传统的TiO2介孔层材料,解决了紫外光照射下TiO2对钙钛矿层的分解问题,将电池的光电转换效率由14.21%提升至15.79%,提升了11.11%。通过对两种电池进行开路电压衰减测试(OCVD)、电化学阻抗谱(EIS)、单色光光电转化效率(IPCE)等测试,从电池内部电荷传输机理角度分析得出电子传输层对光吸收层产生的光生电子的传输效率更高,光吸收层内部的光生电子与空穴的复合行为被抑制。对介孔层、钙钛矿层形貌分析,得出杂多酸Na10[Co2Bi2W20O70]电池钙钛矿层薄膜质量更好,钙钛矿晶粒粒径更大。通过对两种电池进行稳定性分析,得出杂多酸Na10[Co2Bi2W20O70]为介孔的电池表现出更好的稳定性。
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