研究目的
研究将CsF掺入PbI2薄膜以实现稳定的混合阳离子-卤化物钙钛矿太阳能电池。
研究成果
通过两步法将CsF掺入PbI2晶种膜中,显著增强了钙钛矿结晶效果,从而制备出具有更高稳定性和超过21%光电转换效率的高质量Cs掺杂钙钛矿薄膜。CsF掺杂为制备稳定高性能钙钛矿太阳能电池提供了有效途径。
研究不足
该研究未涉及CsF掺杂工艺在工业化生产中的可扩展性问题,也未探究其在60°C条件下超过300小时的长期稳定性。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用两步法将CsF掺入PbI2晶种膜以制备Cs掺杂钙钛矿薄膜。
2:样本选择与数据来源:
样本包括在ITO/SnO2基底上制备的对照样品与Cs掺杂钙钛矿薄膜。
3:实验设备与材料清单:
材料包括SnO2、CsI、CsBr、CsCl、CsF、DMF、DMSO、乙腈、异丙醇、PEDOT:PSS、PCBM、氯苯、Li-TFSI、4-TBP、Spiro-OMeTAD、FAI、MABr和MACl;设备包括Keithley 2400源表、AM 1.5G太阳光模拟器、白光LED、紫外-可见分光光度计、扫描电镜、荧光光谱系统、X射线光电子能谱仪、紫外光电子能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜及飞行时间二次离子质谱仪。
4:CsI、CsBr、CsCl、CsF、DMF、DMSO、乙腈、异丙醇、PEDOT:
4. 实验流程与操作步骤:钙钛矿太阳能电池采用ITO/SnO2/钙钛矿/Spiro-OMeTAD/Au平面结构制备,钙钛矿薄膜通过旋涂与退火的两步法沉积。
5:5G太阳光模拟器、白光LED、紫外-可见分光光度计、扫描电镜、荧光光谱系统、X射线光电子能谱仪、紫外光电子能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜及飞行时间二次离子质谱仪。 实验流程与操作步骤:
5. 数据分析方法:研究分析了光学吸收、光致发光光谱、时间分辨荧光衰减光谱、XPS能谱、XRD图谱、SEM图像及器件性能指标(如J-V曲线与EQE光谱)。
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Keithley 2400 source meter
2400
Keithley
Used for measuring J-V curves of the PSCs.
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UV/Vis spectrometer
Lambda 950
PerkinElmer
Used for optical absorption measurements.
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SEM
S-4800
Hitachi
Used for characterizing the morphology of perovskite films.
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fluorescence spectrometer system
FLS980
Edinburgh Instruments Ltd.
Used for steady-state PL spectra and time-resolved PL spectra measurements.
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XPS
ULTRA AXIS DLD
KRATOS
Used for XPS and UPS measurements.
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XRD
D/MAX-2004
Rigaku
Used for XRD pattern measurements.
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AFM
Nanoscope V
Veeco
Used for measuring the surface roughness of perovskite films.
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SnO2
15% in water colloidal dispersion
Alfa Aesar
Used as a substrate for the perovskite solar cells.
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CsI
Alfa Aesar
Used as a precursor for perovskite film.
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CsBr
Alfa Aesar
Used as a precursor for perovskite film.
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CsCl
Alfa Aesar
Used as a precursor for perovskite film.
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CsF
Alfa Aesar
Used for Cs incorporation into the perovskite film.
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DMF
Alfa Aesar
Used as a solvent for perovskite precursors.
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DMSO
Alfa Aesar
Used as a solvent for perovskite precursors.
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acetonitrile
Alfa Aesar
Used in the preparation of Spiro-OMeTAD solution.
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IPA
Alfa Aesar
Used as a solvent for CsF and for washing the samples.
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PEDOT:PSS
Sigma Aldrich
Used in the hole-only device structure.
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PCBM
Sigma Aldrich
Used in the electron-only device structure.
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chlorobenzene
Sigma Aldrich
Used as a solvent for Spiro-OMeTAD.
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Li-TFSI
Xi’an Polymer Light
Used as an additive in the Spiro-OMeTAD solution.
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