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利用改进两步法实现高效率无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池

石将建  罗艳红  卫会云  罗建恒  吴会觉  李冬梅  孟庆波  
【摘要】:钙钛矿太阳能电池因其优异的光电转换性能,较低的制备成本而受到广泛的关注~(1,2),其光电转换效率已突破15%~(3,4,5)。与此同时,无空穴传输材料的钙钛矿电池可以进一步简化电池结构,降低成本,并在一定程度上提高电池的稳定性,成为钙钛矿电池研究的又一新方向。L.Etgar及其合作者首先在无空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池方面利用一步沉积法实现了5.5%和8%的效率,并利用电容-电压测试对该电池异质结特性进行了初步研究~(6,7)。在使用两步法沉积钙钛矿薄膜并制备无空穴传输材料钙钛矿太阳能电池过程中,我们发现,M.Gratzel和A.Hagfeldt分别报道的两步沉积法很难获得高的电池效率,且电池并联电阻较小,存在TiO_2与Au电极直接接触的可能性。基于此,我们系统研究了两步法沉积,并发现PbI_2的旋涂次数以及浓度对薄膜形貌以及电池性能有比较大的影响。通过增加PbI_2浓度和降低转速,可在多孔TiO_2上获得较好的钙钛矿覆盖层和多孔填充,但却出现了薄膜粗糙等问题(图1(a)、(d))。进一步实验发现,在一次旋涂的基础上,进行第二次PbI_2旋涂,可以获得均匀致密和高覆盖率的钙钛矿薄膜(图1(b)、(e)),但更多次的旋涂并不能获得进一步改善(图1(c)、(f))~8。在对两步法钙钛矿薄膜沉积改进的基础上,我们制备的无空穴传输材料钙钛矿电池已经达到了11.4%的效率。

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