金属氧化物在聚合物及钙钛矿光伏器件中作为阴极缓冲层的研究

摘要

聚合物光伏器件在最近十几年引起了极大的关注，由于其具有的低成本，质量轻，柔性制备以及将来可能的大面积的溶液加工制备的优势。在发展迅速的新型给受体材料制备和界面工程调控中，单节的光伏器件已经超过10％的效率。然而由于聚合物光伏器件中的有机材料电荷迁移率较低，大部分的高性能器件均采用的是制备较薄的活性层和界面层的方法。因此，现在研究的重点大多集中在发明新型的具有高的电荷迁移率的活性层及界面层材料，这样才能够制备厚度不敏感的器件。
　　在反向太阳能器件中，氧化锌是一种非常常用的电子传输层材料。在这里，我们报告一种通过原位生长乙二硫醇掺杂的氧化锌制备电子传输层的方法，有效的提高了反向聚合物太阳能电池的效率。氧化锌与乙二硫醇中巯基的强相互作用有利于钝化氧化锌的表面缺陷以及提高氧化锌的电子迁移能力并形成平滑均一的薄膜。相对于纯氧化锌薄膜而言，氧化锌与乙二硫醇的共混膜提升了电荷取出效率和光生载流子的产生。因此，氧化锌与乙二硫醇的共混膜作为电子传输层的基于窄带隙活性层 PTB7和 PC71BM的反向聚合物太阳能电池获得了8.0%的转换效率。
　　卤化铅的钙钛矿光伏器件由于其优越的光伏性能吸引了巨大的关注，然而，由于钙钛矿材料以及传输层材料导致器件的稳定性差，无法在大气环境中维持器件的正常效率，从而阻碍了钙钛矿器件的发展。现在我们报道了一种在低温下可溶液加工的卤化铅钙钛矿电池，阴阳极界面层均使用金属氧化物，分别为n型的氧化铈和 p型的氧化镍。制备的钙钛矿光伏器件具有不错的器件效率和良好的稳定性。制备的器件为p-i-n结构(ITO/NiOx/perovskite/CeOx/Ag)，在器件中氧化铈将钙钛矿光活性层和顶电极Ag分隔开，避免了钙钛矿对上层的渗透。在放置200小时后，器件的效率依然保持有最初的90%，而不像使用PCBM的器件那样迅速的衰减。

目录

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 有机聚合物光伏器件

1.2.1 有机聚合物光伏器件的简介与分类

1.2.2 有机聚合物光伏器件的工作原理及性能参数

1.3.1 界面缓冲层的作用

1.3.2 金属氧化物材料制备的界面缓冲层

1.3.3 ZnO作为阴极缓冲层应用于光伏器件

1.3.4 经修饰后的ZnO用于阴极缓冲层

1.4 钙钛矿光伏器件

1.4.1 钙钛矿光伏器件的概述

1.5 本论文的研究思路

第二章 原位生长的氧化锌-乙二硫醇共混溶液制备的电子传输层应用于聚合物太阳能电池

2.1 引言

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验仪器及表征

2.2.3 ZnO@EDT样品的制备

2.2.4 聚合物太阳能电池的制备和表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 ZnO@EDT薄膜的形貌及结构表征

2.3.2 ZnO@EDT薄膜的光电学性能测试

2.3.3 ZnO@EDT薄膜的太阳能器件的测试与分析

2.4 本章小结

第三章 氧化铈作为阴极缓冲层制备钙钛矿光伏器件

3.1 引言

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验仪器及表征

3.2.3 氧化镍纳米粒子和氧化铈溶液的制备

3.2.4 钙钛矿光伏器件的制备及性能表征

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 总结

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果