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通過低溫合成致密銳鈦礦TiO2的方法合成高性能可彎曲的MAPbI3鈣鈦礦太陽能電池

發布時間:2021-09-29 13:36:21 瀏覽量:3670 作者:Anna

摘要

柔性鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)由於(yu) 其廣泛的国产成人在线观看免费网站對於(yu) 研究者具有很大的吸引力。然而,發展柔性太陽能電池遇到的挑戰是的在低溫

下準備電子傳(chuan) 輸層(ETL)來滿足塑料基板的加工需求,因此,使用表麵溶膠—凝膠法在低於(yu) 105℃下製備致密型的TiO2(c-TiO2)電

子傳(chuan) 輸層。通過調節前驅體(ti) 的溶液濃度、TiO2電子傳(chuan) 輸層的退火溫度和時間,發現在TiO2前驅體(ti) 溶液濃度為(wei) 2M、退火溫度為(wei) 150℃和

退火時間為(wei) 30min時,c-TiO2電子傳(chuan) 輸層具有優(you) 越的光電性能,體(ti) 現了最快的電子萃取和最低載流子的複合性能。最後,獲得了具有

16.11%的高能量轉換效率的PEN/ITO/c-TiO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au平麵結構,柔性PSCs在進行500次循環之後任然具有良好

的彎曲性能。

正文


MAPbI3是国产成人在线观看免费网站最廣泛的鈣鈦礦吸收材料,它具有優(you) 越的光吸收條件、低的結合能、載流子壽命長、雙電荷轉移和製備簡單等性能。這

些特性是MAPbI3 PSCs可以實現高能量轉移效率(PCE)的關(guan) 鍵因素。使用源表為(wei) Keithley 2430太陽模擬器在0.25cm2的陰罩下測量

了J-V曲線,同時在AM為(wei) 1.5G的輻照下校準Si-參比電池。時間分辨光致發光譜(TRPL)使用(XperRam Ultimate)的激光係統,激

發光源為(wei) 405nm進行測量分析。


如圖1(a)所示為(wei) ITO/PEN and ETL/ITO/PEN結構的光透射性能,表明在ITO/PEN基地上三種ETLs都有具有增透性能,由於(yu) 具有高的

結晶度和優(you) 異的薄膜質量,T2 ETL過程具有最高的透射性能,這有利於(yu) 鈣鈦礦層的光吸收。PSCs的能級圖如圖1(b)所示,與(yu) T1和T3

相比,T2的低的CBM通過增強驅動力有利於(yu) 鈣鈦礦電子層的電子注入,這有利於(yu) 提高載流子的萃取率。通過ITO/ETL/PVK結構的時間

分辨光致發光譜來體(ti) 現從(cong) 鈣鈦礦層到TiO2薄膜層的電子注入行為(wei) 。為(wei) 了做對比,控製PSCs的PVK是直接沉積在PEN/ITO基地上的,沒

有導電層。如圖1(c)所示,沉積在T2上的MAPbI3相比於(yu) 沉積在T1和T3上的熒光強度較低,但淬滅性能顯著。TRPL相應的光譜數據

如圖1(d)所示,其通過擬合雙指數衰減函數而獲得。如表1所示,〖τ﷩1〗和τ_2分別對應於(yu) 電荷載流子的非輻射和輻射結合壽命。

在ETL的存在下,τ_1和τ﷩1〗(4.42ns)和τ_2(22.64ns),更加表明了T2過程具有優(you) 異的薄膜質量和最小的本征缺陷。


圖1. (a)ITO/PEN和ETL/ITO/PEN薄膜的光學透射光譜;(b)PSCs的帶隙譜圖;(c)不同PEN/ITO/ETL/PVK歸一化穩態熒光譜圖;(d)PEN/PVK和PEN/ITO/ETL/PVK的時間衰變光致發光光譜


如圖2(a)為(wei) 在AM1.5G的輻照下使用不同ETLs的柔性PSCs電流J-V的曲線圖,圖2(a)的嵌入圖為(wei) PSCs關(guan) 鍵J-V參數的總結,基於(yu) T2

的PSCs在1.1V顯示了最大的J_sc(22.32mA/cm2),並且填充因子(FF)為(wei) 0.656,產(chan) 生了高16.11%的PCE。基於(yu) 低載流子的結合動

力學,T2/PVK表麵的電位損失最小,導致了PSC的Jsc和Voc較高。如圖2(b)所示,此PSCs的整合J_sc為(wei) 21.1 mA/cm2,和圖2

(a)中的J-V曲線很好的吻合。為(wei) 了證實這一假設,研究了PSCs光電特性的光強依賴性來探索這種結合機製。圖2(c)表明了V_oc和

自然對數光強具有線性關(guan) 係,基於(yu) T1、T2和T3的PSCs的擬合斜率分別為(wei) 2.29、1.82和2.27kT/q。基於(yu) T2的PSCs的斜率為(wei) 1.82 kT/q,

其V_oc對於(yu) 光強有很低的依賴性,表明T2/PVK表麵具有很少的單分子重組。圖2(d)顯示了在雙對數尺寸下J_sc和光強的線性關(guan) 係。

基於(yu) T1、T2和T3的PSCs的擬合斜率分別為(wei) 0.952、0.986和0.982。因此,基於(yu) T2的PSCs具有更加平衡的電荷載流子運輸。如圖2

(e)所示,為(wei) 了進一步研究半徑為(wei) 10mm柔性PSCs的彎曲性能,在彎曲500圈之後,由於(yu) 薄膜破裂,PCE將至初始值的75%。除此之

外,當PSCs沒有密封時,如圖2(f)所示,在氮氣手套箱裏放置兩(liang) 周之後PCE仍然保留初始值的97%。

圖2. (a)不同ETLs柔性的的J-V曲線;(b)基於(yu) T2 PSCs的EQE曲線;(c)V_oc 對不同光強的依賴性;(d)J_sc對不同光強的依賴性;(e)基於(yu) T2柔性PSCs的彎曲性能;(f)基於(yu) T2柔性PSCs的長期穩定


相關(guan) 文獻:Zifan Yang, Wen Chen, etc. Flexible MAPbI3 perovskite solar cells with the high efficiency of 16.11% by low-temperature synthesis of compact anatase TiO2 film[J]. Journal of Alloys and Compounds, 2021, 854(15): 155488.