两步退火法提高钙钛矿太阳能电池效率及重复性

详细信息    查看官网全文

• 论文作者：梁文升 ; 张静 ; 郭鑫 ; 李灿
• 年：2017
• 作者机构：中国科学院大连化学物理研究所;
• 论文关键词：钙钛矿太阳能电池 ; 退火 ; 重复性
• 会议召开时间：2017-05-27
• 会议录名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会论文集
• 英文会议录名称：Abstract Book of the 4th Conference on New Generation Solar Cells
• 语种：中文
• 分类号：TM914.4
• 学会代码：ZKYQ
• 会议名称：第四届新型太阳能电池学术研讨会
• 会议地点：中国北京
• 主办单位：中国可再生能源学会光化学专业委员会
• 学会名称：中国科学院物理研究所清洁能源实验室
• 页数：1
• 文件大小：787k
• 原文格式：D
• 会议级别：全国

摘要

近年来,有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)因其效率高、成本低而受到广泛关注,最高光电转换效率已超过22%。制备高质量、低缺陷的钙钛矿薄膜是获得高效器件的关键,目前常用的钙钛矿薄膜制备方法包括一步旋涂法、两步法、双源共蒸法、和气相辅助溶液法等,其中,基于一步溶液法发展起来的"溶剂工程法"已被广泛用来制备高效PSCs。该方法是在前驱体溶液中(MAI+PbI_2)加入DMSO,并在旋涂过程中滴加清洗液如氯苯、甲苯等,从而形成均匀透明的中间相MAI-PbI_2-DMSO薄膜,再于100℃退火得到黑色的钙钛矿薄膜~([1])。目前,对于该工艺的研究主要集中在中间相薄膜的制备和相关机理,而对其后处理过程研究较少;普遍采用的对中间相薄膜直接100℃退火方法会引起钙钛矿晶粒尺寸不均、器件重复性差等问题~([2,3])。如何改进"溶剂工程法"的后处理工艺,进而控制钙钛矿反应过程和结晶速率是可控制备高质量钙钛矿薄膜并提高器件效率和可重复性的关键。本文报道一种改进的基于"溶剂工程法"的后处理过程,即在100℃退火之前先对中间相MAI-PbI_2-DMSO薄膜进行低温退火处理,这样可以有效地提高钙钛矿薄膜的形貌和器件性质的重复性。我们通过FTIR和XRD技术对中间相薄膜在不同温度下和不同退火时间的演化过程进行了详细研究,从而对钙钛矿形成过程中的反应及结晶速率与薄膜形貌的关系有了深入了解,优化出合理有效的两步退火过程。基于该方法制备的平面n-i-p结构钙钛矿太阳能电池,最高效率达到19.75%,而且多个器件效率的重复性明显好于传统一步退火法制备的器件。

引文

[1]N.J.Jeon,J.H.Noh,Y.C.Kim,W.S.Yang,S.Ryu,S.Il Seok,Nat.Mater.,2014,13,897-903.
    [2]M.Yang,T.Zhang,P.Schulz,Z.Li,G.Li,D.H.Kim,N.Guo,J.J.Berry,K.Zhu,Y.Zhao,Nat.Commun.,2016,7,12305.
    [3]H.Shen,Y.Wu,J.Peng,T.Duong,X.Fu,C.Barugkin,T.P.White,K.Weber,K.R.Catchpole,ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,9,5974-5981.