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PVP封端电纺CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜的制备、表征及其在钙钛矿太阳能电池中的应用

2022-01-20   易丝帮

由于混合卤化铅钙钛矿固有的水分不稳定性问题,使用聚合物添加剂提高这些材料的水分稳定性成为当前的一个重要研究课题。实践证明,太阳能电池吸收层上的聚合物工程显著提高了其化学稳定性和整体器件性能。本研究通过静电纺丝方法制备了原始和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)聚合物封端的CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜。使用X射线衍射仪进行的结构研究表明,在合成过程中使用PVP时,平均微晶尺寸从66.05nm急剧下降到39.69nm。在显微分析中也观察到类似的趋势,这表明与CH3NH3PbCl3原始薄膜相比,添加PVP的CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜的粒径减小。PVP的存在使薄膜的表面覆盖率和均匀性大大提高。能量色散X射线分析显示,该薄膜的氧含量比纯薄膜要高出约16%,即PVP阻碍了钙钛矿薄膜中水分的影响,这也是本工作的主要目标。此外,还使用UV-Vis-NIR光谱仪的漫反射模式分析了其光学特性。最后,通过SCAPS-1D模拟器证实了可使用CH3NH3PbCl3作为Glass/FTO/CH3NH3PbCl3/CH3NH3SnI3/Spiro-OMeTAD/Au结构钙钛矿太阳能电池的电子传输层。上述电池的功率转换效率(PCE)为21.65%,填充因数(FF)为72.21%,短路电流密度(Jsc)为32.44mA/cm2,开路电压(Voc)为0.924V。

 

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图1.制备过程示意图。


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图2.有无PVP时CH3NH3PbCl3薄膜的XRD图谱。


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图3.有无PVP的CH3NH3PbCl3薄膜老化36天后的XRD图谱。


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图4.(a-c)不存在和(d-f)存在PVP时CH3NH3PbCl3薄膜的FESEM显微照片。


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图5.(a)不存在和(b)存在PVP时CH3NH3PbCl3薄膜的EDX映射。


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图6.(a)不存在和(b)存在PVP时CH3NH3PbCl3薄膜的拉曼光谱。


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图7.纯薄膜和PVP辅助CH3NH3PbCl3薄膜的光致发光光谱。


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图8.纯薄膜和PVP辅助CH3NH3PbCl3薄膜的Tauc图。


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图9.所提出器件的结构示意图。


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图10.所提出的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线,其中以PVP:CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜为ETL(电子传输层)。


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图11.所提出的钙钛矿太阳能电池的QE-λ曲线。


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图12.以纯CH3NH3PbCl3钙钛矿薄膜作为ETL的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。

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