近年來,以有機(jī)無機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦為吸光層的薄膜太陽能電池受到了廣泛的關(guān)注,不到十年時(shí)間其光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)從3.8%提高到了23%,這主要?dú)w因于有機(jī)鉛鹵鈣鈦礦材料光吸收系數(shù)高,帶隙合適并易于調(diào)控,電子-空穴擴(kuò)散長度長等優(yōu)點(diǎn)。2016年Gr?tzelL等人利用低氣壓快速去除薄膜前驅(qū)體溶劑的方法,獲得了高質(zhì)量的甲脒和溴離子摻雜鈣鈦礦薄膜。相比于其他傳統(tǒng)的溶液制備方法,這種方法能夠很好的解決大面積均勻性的問題,為高效率、大面積鈣鈦礦太陽電池產(chǎn)業(yè)化提供了可能。鈣鈦礦薄膜的成份、結(jié)構(gòu)及其光學(xué)性能對(duì)于太陽電池的器件性能起決定性作用,因此在該制備技術(shù)下,研究不同摻雜種類鈣鈦礦薄膜對(duì)光學(xué)性質(zhì)的影響具有積極的意義。利用真空閃蒸溶液技術(shù)制備了3種成分的鈣鈦礦薄膜,利用掃描電鏡、 X射線衍射,吸收光譜和熒光光譜等表征手段對(duì)薄膜的形貌、結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明,該技術(shù)可以用于制備均勻致密、無針孔的高質(zhì)量甲脒、溴離子摻雜和氯離子摻雜的鈣鈦礦薄膜(成分分別為（FAPbI₃）_0.85（MAPbBr₃）_0.15,MA

【文章來源】：光譜學(xué)與光譜分析. 2020,40(01)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

鈣鈦礦薄膜的形貌圖

圖2和圖3分別為鈣鈦礦薄膜熱處理前后的XRD圖。 熱退火前, MAPbI3和MAPb(IxCl1-x)3在14.3°出現(xiàn)了較弱的衍射峰, 這說明中間相中含有少量的鈣鈦礦結(jié)晶。 熱處理后, MAPbI3薄膜在(110)晶面衍射峰的強(qiáng)度迅速增強(qiáng), 說明退火去除了中間相中的DMSO, 形成了良好的四方相結(jié)構(gòu)[5]。 MAPb(IxCl1-x)3薄膜在加熱后也在14.2°和28.7°出現(xiàn)了強(qiáng)衍射峰, 分別對(duì)應(yīng)(110)和(220)晶面, 說明薄膜也形成了四方相結(jié)構(gòu), 少量的氯摻雜對(duì)晶格結(jié)構(gòu)沒有影響。 (FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15薄膜的中間相在13.3°, 13.56°和12°出現(xiàn)了較弱的衍射峰, 這說明甲脒和溴摻雜的中間相和MAPbI3薄膜的中間相結(jié)構(gòu)不同。 加熱后, 薄膜形成了四方相的結(jié)構(gòu), 薄膜的形成機(jī)制為; 在真空下溶劑快速揮發(fā), 增加了前驅(qū)體的過飽和度, 由于DMSO與鉛離子的配位作用強(qiáng)于DMF, DMSO與鈣鈦礦配位并快速形成相對(duì)穩(wěn)定的中間相, 經(jīng)過加熱后, 薄膜中的DMSO被去除并形成鈣鈦礦晶體。 但是與MAPbI3薄膜相比, 甲脒和溴摻雜薄膜(110)晶面的衍射峰低角度方向發(fā)生了移動(dòng)。 這主要是FA (NH2CH=NH+2)的陽離子半徑大于MA (CH3NH+3)陽離子所引起的[6]。圖4為鈣鈦礦薄膜的吸收光譜。 3種薄膜在可見光區(qū)都具有強(qiáng)烈的吸收, 收邊均在750 nm左右。 與MAPbI3相比, 摻雜甲脒和溴離子后, 薄膜的吸光度略有增加; 摻雜氯離子并未明顯改變材料的吸光度; 3種材料的帶隙分別為1.6, 1.61和1.6 eV。 這說明摻雜對(duì)材料的禁帶寬度也沒有明顯的影響。 圖5為鈣鈦礦薄膜的熒光光譜, 3種成分的薄膜熒光峰位分別位于774, 765和761 nm處。 甲脒和溴摻雜的薄膜熒光光譜峰位與文獻(xiàn)報(bào)道相一致[7]; 氯摻雜后薄膜的熒光強(qiáng)度下降, 峰位出現(xiàn)了微小的藍(lán)移; 氯的摻雜過程中, 通常只有很少量的氯能夠進(jìn)入薄膜的晶格結(jié)構(gòu)中[8], 因此XRD的衍射峰沒有出現(xiàn)移動(dòng)和寬化, 但是在結(jié)晶過程中氯離子的存在仍然起到了重要的作用, 使晶粒尺寸從100 nm增至200 nm; 而且通常氯離子的加入能夠提高載流子遷移率和壽命。 因此薄膜熒光峰位的藍(lán)移和強(qiáng)度的減小, 可能是由于晶粒尺寸增加且晶粒內(nèi)缺陷減少, 輻射復(fù)合被抑制導(dǎo)致的。

圖4為鈣鈦礦薄膜的吸收光譜。 3種薄膜在可見光區(qū)都具有強(qiáng)烈的吸收, 收邊均在750 nm左右。 與MAPbI3相比, 摻雜甲脒和溴離子后, 薄膜的吸光度略有增加; 摻雜氯離子并未明顯改變材料的吸光度; 3種材料的帶隙分別為1.6, 1.61和1.6 eV。 這說明摻雜對(duì)材料的禁帶寬度也沒有明顯的影響。 圖5為鈣鈦礦薄膜的熒光光譜, 3種成分的薄膜熒光峰位分別位于774, 765和761 nm處。 甲脒和溴摻雜的薄膜熒光光譜峰位與文獻(xiàn)報(bào)道相一致[7]; 氯摻雜后薄膜的熒光強(qiáng)度下降, 峰位出現(xiàn)了微小的藍(lán)移; 氯的摻雜過程中, 通常只有很少量的氯能夠進(jìn)入薄膜的晶格結(jié)構(gòu)中[8], 因此XRD的衍射峰沒有出現(xiàn)移動(dòng)和寬化, 但是在結(jié)晶過程中氯離子的存在仍然起到了重要的作用, 使晶粒尺寸從100 nm增至200 nm; 而且通常氯離子的加入能夠提高載流子遷移率和壽命。 因此薄膜熒光峰位的藍(lán)移和強(qiáng)度的減小, 可能是由于晶粒尺寸增加且晶粒內(nèi)缺陷減少, 輻射復(fù)合被抑制導(dǎo)致的。3 結(jié) 論

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]鈣鈦礦太陽能電池近期進(jìn)展[J]. 柴磊,鐘敏.  物理學(xué)報(bào). 2016(23)



本文編號(hào)：3116089