氢卤酸及氨水添加剂对钙钛矿薄膜形貌影响及电荷转移的研究

摘要

钙钛矿太阳电池作为新兴的薄膜太阳电池，由于其优异的光电性能:高的载流子迁移率、合适的带隙、高的摩尔消光系数，在近年来有了喜人的研究成果。作为钙钛矿太阳电池结构中的重要的吸收光的部分，钙钛矿薄膜的质量对钙钛矿太阳电池的性能有举足轻重的影响，制备高质量的钙钛矿薄膜是科学工作者的研究热点之一。
　　为了制备高质量的钙钛矿薄膜，选取了向前驱体溶液中加入添加剂的方法。首先选取了氢卤酸作为添加剂，以一定的体积比加入到前驱体溶液中，制备的钙钛矿薄膜形貌、结晶性都有较大的提高，将钙钛矿太阳电池的光电转换效率从9.66％提高到15.2％。利用反溶剂法结合XRD和红外分析，发现了一种全新的中间相产物:MAI-PbI2-DMF-xHX(X=Cl、Br、I)。从晶体的形核理论出发，结合中间相的形成，对氢卤酸的作用机制给出了合理的解释。在氢卤酸作为添加剂取得成功之后，选取了碱性的氨水作为添加剂制备了钙钛矿薄膜，形貌和结晶性有一定的提高，电池的光电转换效率提高到了13.5％。
　　钙钛矿太阳电池的效率的提高离不开对其机理的深入理解，只有对电池内部的电荷传输的机理有深刻的理解，才能从优化电池的结构和材料上提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率。利用瞬态吸收技术，研究了钙钛矿薄膜的质量对自身及器件内电荷复合的影响，高质量的钙钛矿薄膜中的载流子复合多以电子-空穴的直接复合为主，而在器件中高质量的钙钛矿薄膜能抑制TiO2的导带电子和Spiro上的价带空穴之间的复合。研究了TiO2和钙钛矿及钙钛矿和Spiro之间的电荷复合问题，得到的时间尺度在100～300 ns，与文献结果基本一致。这部分的研究为钙钛矿薄膜的质量评价提供了一个新的思路，也对钙钛矿电池内部的电荷转移的理解有很大的帮助。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 钙钛矿太阳电池

1．2．1 钙钛矿材料概述

1．2．2 钙钛矿薄膜的制备

1．2．3 钙钛矿太阳电池结构

1．2．4 钙钛矿太阳电池的工作机理

1．3 半导体中的复合理论

1．3．1 直接复合

1．3．2 间接复合

1．3．3 表面复合

1．3．4 俄歇复合

1．4 钙钛矿太阳电池的机理探究中瞬态光谱的应用

1．4．1 时间分辨荧光光谱

1．4．2 时间分辨瞬态吸收光谱

1．4．3 时间分辨的太赫兹光谱

1．4．4 时间分辨的瞬态光电导

1．5 课题的提出及创新点

第二章 氢卤酸添加剂在钙钛矿薄膜制备中的应用

2．1 引言

2．2 氢卤酸作为添加剂制作高质量钙钛矿薄膜

2．2．1 实验部分

2．2．2 表征与分析

2．2．3 钙钛矿太阳电池的测试与分析

2．3 中间相讨论

2．3．1 中间相的表征

2．3．2 晶体理论对实验结果的解释

2．4 本章小结

第三章 氨水添加剂在钙钛矿薄膜制备中的探究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 钙钛矿薄膜的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 钙钛矿薄膜的形貌表征

3．3．2 钙钛矿薄膜的紫外可见分析

3．3．3 钙钛矿薄膜的XRD分析

3．3．4 钙钛矿太阳电池的性能测试

3．3．5 对氨水的作用的讨论

3．4 本章小结

第四章 钙钛矿薄膜的质量对器件内部电荷复合的影响

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验药品

4．2．2 样品制备

4．2．3 实验仪器

4．3 结果与讨论

4．3．1 全光谱模式

4．3．2 钙钛矿薄膜的质量对自身复合的影响

4．3．3 钙钛矿薄膜的质量对界面复合的影响

4．3．4 钙钛矿器件其他界面电荷复合研究

4．3．5 对钙钛矿器件各界面的电荷复合总结

4．4 本章总结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的文章