(3)空穴传输材料的选择。目前钙钛矿太阳能电池最常用的空穴传输材料是Spiro-OMeTAD,但是这种材料价格较高,载流子传导率较低,并且不利于电池器件的长期稳定性[19]。新型空穴传输材料的研发和无空穴传输材料钙钛矿电池的研发都是很好的发展方向。在新型空穴传输材料的研发方面,Heo课题组[20]使用PTAA作为空穴传输层,获得12%光电转换效率;Christians课题组[21]和Qin课题组[22]分别`用CuI和CuSCN作为空穴传输材料,实验结果表明,CuI具有比spiro-OMeTAD好的导电性,而CuSCN具有比spiro-OMeTAD高的空穴传输速率,制成的电池器件的转换效率分别为6%和12.4%。在没有空穴传输材料的钙钛矿电池的研究方面,孟庆波课题组[23]在钙钛矿材料CHNHPbI与金电极之间加入一层超薄的Al2O3层,制成平面异质结太阳能电池,获得了10.49%的效率。空穴传输材料选择与否,选择何种材料,仍然是一个值得研究的问题。

(4)制备工艺的改进。制备高质量的钙钛矿层是钙钛矿太阳能电池获得高转换效率的决定因素之一,目前钙钛矿膜的制备方法有溶液法和蒸汽法,溶液法具有制作工艺简单、制备成本低的特点,但膜的质量较为一般,蒸汽法制备的膜质量较高,但制备条件苛刻使得成本较高。更重要的是,目前关于钙钛矿太阳能电池的转换效率的测试都是在实验室条件下完成的,高转换效率的电池都局限于小面积制备,面积过大的器件的转换效率都会急剧下降。所以,寻找一种工艺简单、成本低且能制造大面积钙钛矿膜的方法显得尤为重要。

(5)稳定性的提升。固态有机空穴传输材料Spiro-OMeTAD取代了传统的碘电解液,使钙钛矿太阳能电池的稳定性得到很大的提升。然而,由于钙钛矿材料对环境的敏感性,以及电子/空穴传输材料本身的局限性,实验室制造的钙钛矿太阳能电池在室外复杂环境下大多都无法长久使用,其稳定性仍然是工业化生产的最大问题。Snaith课题组[24]发现,TiO在紫外线照射下会产生本征激发,影响电池性能,降低稳定性,他们通过使用Al2O3代替TiO2,有效地降低了因紫外线照射导致的性能衰减。但这并不是终点,提升钙钛矿太阳能电池稳定性的路还很长。

1.5本文研究内容

钙钛矿材料在室外复杂环境中的稳定性一直是限制有机卤化物钙钛矿太阳能电池发展的重要因素。有研究表明,混合卤化物钙钛矿材料在光敏感性和湿度敏感性上有更优异的表现。Cl、Br和I都是卤族元素,具有相近的性质,利用Br和Cl对I进行一定比例的掺杂或者完全替换,是对CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的光电性能进行优化的有意义的尝试。

本文利用Br对CH3NH3PbI3膜进行一定比例的掺杂和完全替换,制备CH3NH3PbBr3-xIx薄膜,通过测试PL光谱和XRD表征其光电特性和结构特性。在制备钙钛矿膜的过程中,为了简化制作工艺,本文在一步旋涂法的基础上,略去旋涂步骤,通过改变成膜材料和有机溶剂,使用一步溶液法制得钙钛矿膜。

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