一种基于真空淬灭辅助结晶制备高质量钙钛矿薄膜的通用印刷方法

摘要

金属卤化物钙钛矿太阳能电池由于具备吸收系数高，载流子迁移距离长和缺陷容忍度高等优点在光伏领域中表现出巨大的应用潜力。目前，实验室通过旋涂法制备的小尺寸电池的光电转换效率达到25.2%，已满足产业化应用的要求。然而，旋涂工艺跟常见的大面积印刷工艺不兼容，基于反溶剂的结晶策略也不能直接转移至高通量的大面积印刷工艺中，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化应用。此外，通过溶液加工的钙钛矿薄膜不可避免引入大量缺陷，通过缺陷钝化减少非辐射复合中心是提高钙钛矿光电效率的一种有效途径。　　本论文从开发大面积钙钛矿的结晶工艺出发，结合缺陷钝化策略，具体开展了如下两个方面的研究工作:　　1.提出一种基于真空淬灭辅助结晶印刷制备钙钛矿薄膜的可拓展工艺，有效的将钙钛矿多晶薄膜晶核形成和晶体长大这两个快速且经常同时发生的结晶过程分开，从而实现了钙钛矿结晶动力学的调控，成功制备大面积、高质量的钙钛矿薄膜和器件。在活性面积为0.09cm2的小面积电池中取得了18.01%的光电转换效率，大面积组件(10.08 cm2)取得了11.25%的效率，并且组件的开路电压几乎没有损失。　　2.利用富含氨基(-NH2)和羧基(-COOH)官能团的生物聚合物(聚赖氨酸)来钝化钙钛矿多晶薄膜的缺陷，其中-NH2的Lewis碱性质可减少铅碘反位缺陷，-COOH可以降低铅单质的出现，从而提升薄膜质量和器件性能，与原始器件相比，通过钝化后的器件的开路电压提升近100mV，转换效率提升到19.45%。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钙钛矿太阳能电池的研究现况及制备工艺

1.2.1 钙钛矿太阳能电池的研究现况

1.2.2 钙钛矿多晶薄膜的制备工艺

1.3 本论文的研究内容及与意义

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究意义

第二章 实验与表征方法

2.1 实验材料与仪器

2.1.1 实验材料

2.1.2 实验仪器

2.2 实验部分和表征

2.2.1 钙钛矿前驱体溶液的制备

2.2.2 钙钛矿太阳能电池的制备

2.2.3 实验表征设备

2.2.4 实验表征方法

第三章 真空淬灭辅助结晶制备钙钛矿薄膜的通用印刷方法

3.1 引言

3.2 实验结果和讨论

3.2.1 结晶工艺的介绍

3.2.2 钙钛矿多晶薄膜表征

3.2.3 控制钙钛矿的结晶动力学

3.2.4 结晶策略的普适性

3.3 制备不同面积的钙钛矿多晶薄膜

3.4 不同规模的器件光伏性能比较

第四章 通过聚赖氨酸提升器件性能和钝化机理的研究

4.1 引言

4.2 聚赖氨酸对MAPbI3薄膜形貌的调控

4.3 聚赖氨酸对器件性能的改善

4.4 聚赖氨酸钝化MAPbI3缺陷的机理

第五章 总结与展望

参考文献

附录A 主要符号的意义及单位

附录B 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研成果

致谢