近年來,全固態(tài)鈣鈦礦太陽能電池(perovskite solar cells,PSCs)作為一種新型器件已經(jīng)成為光伏領(lǐng)域的研究前沿,其光電轉(zhuǎn)化效率從2012年的9.7%上升到目前的24.2%。新型器件結(jié)構(gòu)的研究對推動PSCs產(chǎn)業(yè)化發(fā)展以及豐富人們對其光/電物理特性的認(rèn)知具有重要意義。疊合式PSCs(stacking PSCs,S-PSCs)是一種新型器件結(jié)構(gòu),這種電池由光陽極和背電極在外界機(jī)械壓力下直接疊合而成。首先相較于其它器件結(jié)構(gòu),S-PSCs中的兩個(gè)組成部分可獨(dú)立制備,非常適合卷對卷(roll-to-roll)或者模塊化生產(chǎn);其次,該器件不需要真空蒸鍍貴金屬Ag、Au,降低了成本;第三,這種器件結(jié)構(gòu)可以靈活組裝和反復(fù)拆卸。然而,這種器件結(jié)構(gòu)目前存在的一些關(guān)鍵科學(xué)問題還沒有得到解決,其中,如何構(gòu)造一個(gè)電學(xué)特性優(yōu)異的可疊合式界面尤為關(guān)鍵。本論文系統(tǒng)考察了相關(guān)的界面接觸問題,并通過界面修飾進(jìn)一步提升S-PSCs的光電性能。(1)以四種常見有機(jī)空穴傳輸材料為對象,系統(tǒng)研究了S-PSCs可疊合界面構(gòu)筑過程中所涉及到的關(guān)鍵因素,這四種材料為聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(P3HT)、2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)和聚(3,4-亞乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)。研究表明,S-PSCs中可疊合界面的電學(xué)接觸與材料自身導(dǎo)電性以及機(jī)械彈性密切相關(guān)。連續(xù)施加/釋放壓力測試實(shí)驗(yàn)表明PEDOT:PSS具有良好的彈性,兩個(gè)電極在接觸時(shí)可以產(chǎn)生界面較為充分彈性形變,增大了電極之間的有效物理接觸面積,從而使得可疊合界面具有良好電學(xué)接觸。電池性能測試結(jié)果表明,基于PEDOT:PSS的S-PSCs獲得了10.8%的光電轉(zhuǎn)換效率,明顯優(yōu)于其它幾種空穴傳輸材料。該項(xiàng)研究為S-PSCs可疊合界面的構(gòu)筑以及器件性能的提升提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。(2)在上述研究的基礎(chǔ)上,添加1,6-己二胺碘(1,6 hexanediamine iodine,HDADI)對PEDOT:PSS進(jìn)行半導(dǎo)體特性的有效調(diào)控。研究表明,HDADI的添加可以有效降低PEDOT:PSS功函數(shù)(4.8 eV),使其與FTO功函數(shù)(4.7 eV)更加接近,這有利于減少PEDOT:PSS與FTO之間的界面勢壘,更加有利于光生電荷的轉(zhuǎn)移。其次,HDADI的添加能夠大幅增加PEDOT:PSS黏性,從而更進(jìn)一步降低了界面電阻并提升了器件光電性能。因改性后PEDOT:PSS具有較大黏度,原有的S-PSCs的器件結(jié)構(gòu)得以進(jìn)一步獲得簡化,在新結(jié)構(gòu)中,PEDOT:PSS可以和其它功能層進(jìn)行直接疊合。電化學(xué)阻抗(EIS)分析表明,這種簡化后的結(jié)構(gòu)依然具有良好的界面電學(xué)接觸。通過對PEDOT:PSS層厚度進(jìn)行優(yōu)化,這種簡化結(jié)構(gòu)后的S-PSCs獲得了12.3%光電轉(zhuǎn)換效率。
【學(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM914.4

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