研究目的
通过开发空穴传输层的梯度掺杂方法来解决钙钛矿太阳能电池中的界面缺陷和不稳定性问题,以提高电荷提取效率、发光性能和器件稳定性。
研究成果
通过四苯基蒽和螺-OMeTAD对空穴传输层进行梯度掺杂,可显著减少界面缺陷、增强电荷提取与发光性能,进而提升钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率——实现高达21.6%的转换效率及超过550小时的稳定运行。该方法有效降低了非辐射损耗,是实现稳定高性能光电器件的关键突破。
研究不足
该研究仅限于特定的钙钛矿成分和空穴传输层材料。超过550小时的长期稳定性及工业化生产的可扩展性尚未充分解决。热蒸发工艺的潜在问题和材料成本可能会限制实际应用。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用分级掺杂策略,在钙钛矿太阳能电池中以热蒸镀四苯并芘和锂掺杂Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。方法包括薄膜制备、光学表征及器件测试。
2:样本选择与数据来源:
样本包含钙钛矿薄膜(经铷钝化的Cs0.06FA0.79MA0.15Pb(I0.85Br0.15)3)及不同空穴传输层构型的器件。数据源自制备的器件与薄膜。
3:06FA79MA15Pb(I85Br15)3)及不同空穴传输层构型的器件。数据源自制备的器件与薄膜。 实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:设备包括扫描电子显微镜(日立S-5500 Merlin)、分光光度计(珀金埃尔默LAMBDA 1050)、光热偏转光谱装置、配备Andor iDus DU490A探测器的光致发光量子产率系统、搭载Andor iStar DH740相机的瞬态光致发光系统、紫外光电子能谱仪、太阳光模拟器(Newport Oriel)、源表(吉时利2400/2636)、阻抗分析仪(HP4294A)及热蒸镀系统。材料包括四苯并芘、Spiro-OMeTAD、二氧化钛、金、钙钛矿前驱体(碘化铅、甲脒碘、溴甲铵、溴化铅、碘化铯、碘化铷)、溶剂(N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯苯)及氟化液FC-72。
4:0)、光热偏转光谱装置、配备Andor iDus DU490A探测器的光致发光量子产率系统、搭载Andor iStar DH740相机的瞬态光致发光系统、紫外光电子能谱仪、太阳光模拟器(Newport Oriel)、源表(吉时利2400/2636)、阻抗分析仪(HP4294A)及热蒸镀系统。材料包括四苯并芘、Spiro-OMeTAD、二氧化钛、金、钙钛矿前驱体(碘化铅、甲脒碘、溴甲铵、溴化铅、碘化铯、碘化铷)、溶剂(N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、氯苯)及氟化液FC-72。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:钙钛矿薄膜通过旋涂与退火制备,四苯并芘采用热蒸镀法沉积。器件按FTO/二氧化钛/钙钛矿/空穴传输层/金结构制备,进行包括吸收光谱、光致发光、瞬态光致发光、电流-电压测试、稳定性测试及阻抗谱在内的光学电学表征。
5:数据分析方法:
采用光致发光衰减拟合程序、等效电路分析电化学阻抗谱、阿伦尼乌斯公式拟合激活能,并对器件参数进行统计分析。
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