钙钛矿多晶薄膜形貌控制、电池性能研究及大面积钙钛矿模组

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• 论文作者：杨松旺 ; 于宇 ; 邵君 ; 李嘉庆 ; 赵庆宝
• 年：2017
• 作者机构：中国科学院上海硅酸盐研究所绿色光电转换技术研发项目部;
• 论文关键词：钙钛矿 ; 成核 ; 混合反溶剂 ; TiO2 ; 本体异质结
• 会议召开时间：2017-05-27
• 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
• 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
• 语种：中文
• 分类号：TM914.4
• 学会代码：ZKYQ
• 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
• 会议地点：中国北京
• 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
• 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
• 页数：1
• 文件大小：787k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

在钙钛矿太阳能电池(PSC)中,吸光材料MAPbI_3薄膜的质量是影响电池效率的关键因素。传统的一步溶液旋涂法达到的形核驱动力即过饱和度很低,导致薄膜的制备过程难以调控,且容易制备出表面覆盖差的多孔薄膜,这种薄膜中会发生严重的载流子复合,影响电池效率。我们发现不同过饱和度下的形核过程是影响MAPbI_3薄膜形貌的根本因素,低过饱和度容易诱导二次形核制备多孔薄膜,高过饱和度可以诱导均相形核制备致密薄膜~([1])。通过正己烷诱导的界面析晶方法对均相形核和二次形核的比例进行调控,制备出形貌从多孔到致密连续变化的薄膜;所制备的新型三层结构薄膜,提高了薄膜的光吸收性能和界面载流子传输性能,将这种薄膜应用到电池中可将效率从15.78%提高到16.93%;设计混合反溶剂,制备了表面粗糙度仅为4.34nm的超平整钙钛矿薄膜,将电池效率进一步提高到17.08%~([2])。在介观型PSC中,钙钛矿在TiO_2介孔层中的充分渗入十分关键。我们开发了一种新型的TiO_2/EC/P123/BCA浆料体系,成功地实现了在16~34 nm和57~73%范围内连续地调控孔径和孔隙率。大孔径促进了钙钛矿在介孔层中的渗透性,增大了TiO_2与钙钛矿的接触面积,避免了界面上离子迁离所导致的电荷累积,有效抑制了正反扫滞后~([3])。在此基础上,为了实现钙钛矿与TiO_2充分的相互渗透,我们进一步制备了MAPbI_3-TiO_2混合前驱体并在低温下共沉积制备MAPbI_3-TiO_2复合薄膜,不需要高温煅烧制备介孔层,有利于电池应用于柔性基底。通过溶解-再结晶过程,获得了下部为MAPbI_3-TiO_2复合结构、上部为纯钙钛矿的独特双层复合薄膜。基于MAPbI_3-TiO_2复合薄膜构筑了一种新型本体异质结(bulk heterojunction,BHJ)PSC~([4])。这种BHJ PSC电池结构能广泛应用于不同钙钛矿沉积工艺和不同电子受体材料,具有一定的普适性。此外,开发了基于碳电极大面积钙钛矿太阳能电池模组,效率达15.6%(有效面积49cm~2),并初步实现组件化应用,成功驱动市售直流风扇。

引文

[1]Y.Yu,S.W.Yang,L.Lei,Y.Liu,Nanoscale,2017,9,2569-2578.
    [2]Y.Yu,S.W.Yang,L.Lei,Q.P.Cao,J.Shao,S.Zhang,Y.Liu,ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,9,3667-3676.
    [3]J.Shao,S.W.Yang,L.Lei,Q.P.Cao,Y.Yu,Y.Liu,Chem.Mater.,2016,28,7134-7144.
    [4]J.Shao,S.W.Yang,Y.Liu,ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,DOI:10.1021/acsami.7b02323.