碱金属掺杂CH3NH3PbI3薄膜及其太阳能电池研究

摘要

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因高效率、制备工艺简单而受到研究者的广泛关注。为了提高太阳能电池效率及稳定性，高质量钙钛矿薄膜的制备显得尤为重要。CH3NH3PbI3(MAPbI3)因具有合适的光学带隙、激子束缚能小、扩散距离长等优异的光电特性而备受青睐。但MAPbI3存在环境稳定性和热稳定性较差的问题。最近研究表明通过铯掺杂或添加碱金属盐，能够促进晶化、提高成膜质量。因此，本文基于制备大晶粒MAPbI3薄膜以及提高太阳能电池的稳定性，展开以下研究： （1）将碱金属碘化物(NaI/KI/CsI)加入到MAPbI3前驱液中，采用非化学计量比配制钙钛矿前驱液，研究碱金属碘化物掺杂对MAPbI3薄膜及太阳能电池的影响。由于在空气环境中制备，首先研究了湿度对制备钙钛矿薄膜的影响，当湿度低于20%RH时，可制备出无针孔、表面光滑的钙钛矿薄膜。其次研究了CsI掺杂量对MAPbI3薄膜与太阳能电池的影响，当CsI掺杂量为2%时结晶度提高，晶粒尺寸增加，热稳定性得到显著改善，电池效率由原来的10.9%提高到14.2%，未封装条件下存放五周后电池效率仍保持13.9%。最后研究了不同NaI/KI添加量对MAPbI3薄膜的影响，发现NaI/KI掺杂量为5%时晶粒尺寸明显增加，并且内部缺陷减少，使得薄膜的光致发光强度增强，此外两者均能促进MAPbI3薄膜沿(310)面生长。 （2）研究碱金属碘化物(NaI/KI/CsI)溶液后处理对MAPbI3薄膜及太阳能电池的影响。首先研究了不同浓度CsI溶液后处理对MAPbI3薄膜及太阳能电池的影响，当溶液浓度为6.0mg/ml时，能够诱导MAPbI3薄膜二次结晶，降低薄膜表面的粗糙度，显著增加晶粒尺寸，并减少内部缺陷使光致发光增强，电池效率由原来的10.5%提高到15.3%。其次研究了NaI/KI溶液后处理对MAPbI3薄膜的影响，两者同样具有诱导薄膜二次结晶的作用，使晶粒尺寸增大至微米级，当NaI/KI溶液浓度分别为1.6mg/ml和1.4mg/ml时，内部缺陷显著减少光致发光强度最强，经过后处理的薄膜带隙变化不大。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 钙钛矿材料结构与研究现状

1.2.1 钙钛矿材料结构

1.2.2 钙钛矿材料研究现状

1.3高质量钙钛矿薄膜常见制备方法

1.4论文主要研究内容

2 钙钛矿薄膜的制备及电池性能表征

2.1 钙钛矿薄膜的制备

2.2钙钛矿太阳电池结构种类

2.3钙钛矿太阳能电池工作原理

2.4钙钛矿薄膜及电池的性能表征

2.5 本章小结

3 碱金属掺杂对MAPbI3薄膜及电池的影响

3.1 CsI掺杂对MAPbI3薄膜及电池性能的影响

3.1.1环境湿度对制备MAPbI3薄膜的影响

3.1.2 CsI掺杂浓度对MAPbI3薄膜以及电池的影响

3.1.3 CsI加入前驱液中搅拌时间对MAPbI3薄膜的影响

3.2 NaI掺杂对MAPbI3薄膜的影响

(1)样品的制备

(2)结果与讨论

3.3 KI掺杂对MAPbI3薄膜的影响

(1)样品的制备

(2)结果与讨论

3.4 本章小结

4 碱金属碘化物溶液后处理对MAPbI3薄膜及电池的影响

4.1 CsI溶液后处理对MAPbI3薄膜及电池的影响

4.1.1 MAPbI3退火温度对后处理制备铯掺杂钙钛矿薄膜的影响

4.1.2 不同浓度CsI溶液后处理对MAPbI3薄膜及电池的影响

4.2 NaI溶液后处理对MAPbI3薄膜的影响

4.3 KI溶液后处理对MAPbI3薄膜的影响

4.5 本章小结

5 总结

参考文献

个人简历与硕士期间发表论文

致谢