亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        甲基乙酸銨及氯苯在有機(jī)-無機(jī)鹵化鉛鈣鈦礦結(jié)晶過程中的協(xié)同作用

        2019-04-17 02:30:14徐玉增杜亞雯辛晨光安世崇李躍龍侯國付張曉丹
        人工晶體學(xué)報 2019年3期
        關(guān)鍵詞:太陽電池鈣鈦礦前驅(qū)

        劉 琳,徐玉增,田 瀛,杜亞雯,辛晨光,黃 偉,安世崇,李躍龍,黃 茜,侯國付,趙 穎,張曉丹,丁 毅

        (1.南開大學(xué),光電子薄膜器件與技術(shù)研究所,天津 300071;2.天津市光電子薄膜器件與技術(shù)重點實驗室,天津 300071)

        1 引 言

        制備高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜是實現(xiàn)高性能鈣鈦礦太陽電池的前提[24]。近年來,伴隨著溶液法[20-21,25]、氣相法[25,29-30]等鈣鈦礦薄膜制備技術(shù)的發(fā)展,電池效率也獲得了大幅提升。溶液制備技術(shù)中的一步反溶劑法[28]及兩步順序沉積法由于操作簡單、成本低廉而得到了廣泛的應(yīng)用。兩步順序沉積法[29-31]中鹵化鉛及有機(jī)前驅(qū)按順序沉積在襯底表面,有機(jī)前驅(qū)將滲入鹵化鉛并與之反應(yīng)最終形成鈣鈦礦。然而有機(jī)前驅(qū)的不充分滲透以及與鹵化鉛之間的不充分反應(yīng)常常導(dǎo)致非化學(xué)計量比鈣鈦礦薄膜的形成。另外,該方法對制備工藝要求較高,為了獲得高性能鈣鈦礦太陽電池,薄膜后期退火工藝,薄膜厚度等參數(shù)均需進(jìn)行精確控制。一步反溶劑方法中加入二甲基亞砜(Dimethyl sulfoxide, DMSO),形成PbI2·DMSO中間體,從而抑制了鈣鈦礦前驅(qū)體的過快成核結(jié)晶,后期通過利用反溶劑如氯苯(Chlorobenzene, CB)將鈣鈦礦從DMF溶劑中萃取出來,從而形成大晶粒致密的鈣鈦礦薄膜[20-21]。該工藝中反溶劑的滴加方式如滴加時間、滴加量等對鈣鈦礦薄膜質(zhì)量起到至關(guān)重要的作用。近期研究發(fā)現(xiàn),通過在前驅(qū)溶液中滴加一定量的甲基乙酸銨(methylammonium acetate, MAAc)可以獲得高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜并可避免一步法中反溶劑工藝的應(yīng)用,從而大幅簡化了制備工藝且可提高結(jié)果的可重復(fù)性[32-33]。

        本文通過對相應(yīng)鈣鈦礦薄膜結(jié)構(gòu)、光電特性的系統(tǒng)表征與評價,深入研究了在前驅(qū)溶液中加入MAAc及利用CB反溶劑工藝在MAPbI3及MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程中的協(xié)同作用。在此基礎(chǔ)上制備了結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/BCP/Au的鈣鈦礦太陽電池,最終通過優(yōu)化工藝,在前驅(qū)溶液中加入16%的MAAc并利用CB反溶劑工藝,實現(xiàn)了效率為~17.5%且無明顯遲滯現(xiàn)象的MA0.9FA0.1PbI3鈣鈦礦太陽電池。

        2 實 驗

        2.1 實驗材料

        所有化學(xué)品和溶劑都是商業(yè)購買,除非另有說明,藥品均未進(jìn)行后期處理。MAAc通過文獻(xiàn)報道的方法并稍作修改來合成。將50 mL的高純乙醇,5 mL的冰乙酸(99.5%, Aladdin Reagents)和 12 mL 甲胺 (33wt% in ethanol, Aladdin Reagents)依次添加到250 mL的圓底燒瓶中,室溫下開口攪拌2 h,然后將溶液放入真空干燥箱(真空度為0.1 MPa),同時在干燥箱里放置一定量的二氧化硅干燥劑,保持此狀態(tài)24 h,最后將得到的無色粘稠液體儲存在充滿氮氣的手套箱里供進(jìn)一步使用。接下來配制三種鈣鈦礦溶液,溶質(zhì)分別為①1.3 mol/L的PbI2和1.3 mol/L的MAI;②1.3 mol/L的PbI2和1.17 mol/L的MAI,0.13 mol/L的FAI;③1.3 mol/L的PbI2和1.1375 mol/L的MAI,0.625 mol/L的FAI。將三種溶質(zhì)分別溶于DMF和DMSO混合溶劑中(DMF∶ DMSO=9∶ 1 (v/v))制備出三種前驅(qū)體溶液,MAI與FAI比例分別為1∶ 0、9∶ 1和7∶ 1。在旋涂之前,將前驅(qū)體溶液中加入一定量體積比的MAAc,待充分反應(yīng)后使用。PC61BM (>99.9%, Sigma-Aldrich)溶于氯苯中,濃度為17 mg/mL,室溫下攪拌1 h。

        2.2 鈣鈦礦太陽電池的制備

        平面p-i-n太陽電池的整體結(jié)構(gòu)為glass/ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PCBM/BCP/Au,器件制備方法如下。依次用清潔劑,丙酮,乙醇和去離子水超聲清洗ITO玻璃基板(10 Ω/m2,AGC)。在旋涂之前,將襯底用紫外臭氧處理15 min。PEDOT:PSS (P VP Al 4083,Heraeus Clevios)首先用過濾器(0.45 μm,親水Millex)過濾并以4000 r/min旋轉(zhuǎn)30 s然后將厚度約為50 nm的薄膜在130 ℃下退火10 min。通過在PEDOT:PSS表面上將前驅(qū)體溶液旋涂1000 r/min 10 s,接著3500 r/min 70 s(滴加氯苯工藝為將前驅(qū)體溶液旋涂1000 r/min 10 s,接著3500 r/min 50 s,在高速開始10 s后快速滴加300 mL氯苯)來制造厚度約500 nm的鈣鈦礦薄膜。樣品再次在100 ℃下退火5 min。樣品冷卻至室溫后,將PC61BM溶液以1500 r/min的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)60 s,然后將BCP溶液以3000 r/min旋轉(zhuǎn)60 s。最后,將100 nm厚的Au電極在頂部蒸發(fā),蒸發(fā)速度為~0.1 nm/ s。

        2.3 性能測試及表征

        在具有平面外掠入射衍射模式的Rigaku ATX-XRD衍射儀上表征薄膜晶體結(jié)構(gòu)。使用掃描電子顯微鏡(JSM-6700F,JEOL)表征樣品形態(tài)。使用UV-vis-NIR分光光度計(Cary 5000,VARIAN)測量薄膜積分透射率,反射率。在室溫下對時間分辨光致發(fā)光(TR-PL)進(jìn)行測量,激光波長和功率分別為532 nm和0.2 mW (Hamamatsu C12132)。使用Keithley 2400數(shù)字源表在標(biāo)準(zhǔn)光照下測量器件光電流密度-電壓(J-V)曲線。除非另有說明,一般情況下首先以1.2 V至-0.2 V的偏壓掃描(反向掃描)并返回(正向掃描),步長為70 mV,掃描速度為30 mVs-1。主要采用反向曲線來評估器件性能。光源由Asahi Spectra Co., Ltd校準(zhǔn)。在每次測量之前使用標(biāo)準(zhǔn)硅光電二極管檢查入射光功率。在EQE系統(tǒng)(CEP-2000mLQ,Bunkoukeiki Co.)上測量外部量子效率(EQE),測試在沒有任何電壓偏置的模式下進(jìn)行直流測量。使用Si光電二極管校準(zhǔn)激發(fā)光強(qiáng)度。在J-V和EQE測量期間使用黑色金屬掩膜版來準(zhǔn)確定義0.1 cm2的有效電池面積。

        3 結(jié)果與討論

        MAAc及CB反溶劑工藝對MAPbI3薄膜性能的影響如圖1所示,其中MAAc在前驅(qū)溶液中的濃度為16%。圖1(a)為相應(yīng)薄膜的XRD圖,2θ在~14.1°和~28.4°的衍射峰分別對應(yīng)于MAPbI3(110)和(220);而在~20°和~40.6°的衍射強(qiáng)峰分別對應(yīng)MAPbI3(112)/(200)和(224)/(400)??梢钥闯鲈谇膀?qū)液中引入MAAc,鈣鈦礦可以不經(jīng)過CB反溶劑工藝而獲得高質(zhì)量結(jié)晶,且將優(yōu)先在(112)/(200)方向上結(jié)晶。這與前期研究結(jié)果一致[33],說明在前驅(qū)液中引入MAAc將抑制鈣鈦礦的快速結(jié)晶并誘導(dǎo)鈣鈦礦從(110)到(112)/(200)方向上的取向晶化。利用CB反溶劑工藝將進(jìn)一步降低MAPbI3(110)和(220)衍射峰峰強(qiáng),同時MAPbI3(112)/(200)和(224)/(400)峰強(qiáng)將有進(jìn)一步的提升,這說明CB反溶劑工藝有利于促進(jìn)鈣鈦礦在(112)/(200)方向上的晶化。這與SEM結(jié)果相一致,如圖1(b)所示,在前驅(qū)液中引入MAAc將獲得較為致密平整的鈣鈦礦薄膜,這主要歸因于鈣鈦礦在(112)/(200)方向上的取向晶化,然而不經(jīng)過CB反溶劑工藝處理的鈣鈦礦表面仍然存在“白色雜質(zhì)”,這是在MAPbI3(110)取向上生長的小晶粒。經(jīng)過CB反溶劑工藝處理(圖1(c))將獲得更為平整潔凈的鈣鈦礦薄膜表面。

        通過利用FA+部分替換MA+陽離子,可以導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的細(xì)微變化,這種變化會改變材料的對稱性,進(jìn)而顯著影響材料的性能及穩(wěn)定性;且由于材料帶隙會減小(MAPbI3帶隙為1.59 eV,MA1-xFAxPbI3帶隙小于1.52 eV[34-35]),將促進(jìn)薄膜對太陽光的吸收[36-38]。因此本工作也研究了MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦成膜過程中引入MAAc及CB反溶劑工藝的作用。如圖2(a)所示,F(xiàn)A+的引入將改變薄膜的結(jié)晶特性,薄膜XRD譜圖中將出現(xiàn)明顯的(110)衍射峰,且其峰強(qiáng)隨著FA+比例的增加而增加。這反映了在MAAc氛圍中,F(xiàn)A基具有與MA基鈣鈦礦不同的結(jié)晶機(jī)制,且優(yōu)先在(110)取向上生長。這歸因于MAAc分子內(nèi)部含有MA官能團(tuán),其對MA基鈣鈦礦結(jié)晶會產(chǎn)生明顯的取向調(diào)制作用,然而對FA基鈣鈦礦不會產(chǎn)生類似的取向調(diào)制,因此FA基鈣鈦礦將優(yōu)先在(110)取向生長。CB反溶劑工藝將進(jìn)一步促進(jìn)薄膜在(110)取向上的結(jié)晶。圖2(b)為相應(yīng)薄膜的SEM表面形貌圖,與MAPbI3薄膜形貌(如圖1(b),(c))相對照可以看出,隨著FA+的引入以及CB反溶劑工藝的應(yīng)用,均會使薄膜表面更為粗糙,這歸因于(110)取向和(112)/(200)取向晶粒在薄膜中的競爭生長。

        圖1 ITO/PEDOT∶ PSS基底MAPbI3薄膜層(a)X射線衍射圖譜(插圖為無CB處理鈣鈦礦(110)及(220)衍射峰); (b)不使用反溶劑CB處理的掃描電鏡照片;(c)使用反溶劑CB處理的掃描電鏡照片F(xiàn)ig.1 ITO/PEDOT∶ PSS substrate MAPbI3 thin film (a) X-ray diffraction pattern (The inset shows the perovskite (110) and (220) without CB treatment); Scanning electron micrographs (b) without anti-solvent CB treatment; (c) treated with anti-solvent CB

        圖2 X射線衍射圖譜與掃描電鏡照片,(a,b,c)MA0.9FA0.1PbI3, (d,e,f)MA0.87FA0.13PbI3Fig.2 XRD patterns and SEM images of (a, b, c)MA0.9FA0.1PbI3, (d, e, f)MA0.87FA0.13PbI3

        圖3為上述薄膜的吸收光譜,薄膜在300~800 nm的范圍內(nèi)具有較強(qiáng)的光吸收。在~750 nm附近,薄膜光吸收會隨著FA+增加而降低,且當(dāng)FA+比例達(dá)0.13時出現(xiàn)明顯降低,這將影響薄膜對太陽光譜的吸收從而影響電池效率。相同條件下,CB反溶劑處理可以提高薄膜在300~650 nm范圍內(nèi)的光吸收能力,這歸因于CB反溶劑工藝能夠促進(jìn)薄膜的取向結(jié)晶。

        圖3 不同成分及制作方法對應(yīng)鈣鈦礦吸收光譜(插圖為300 nm~650 nm的吸收曲線)Fig.3 Perovskite absorption spectra with different compositions and methods (The inset shows the absorption curves from 300 nm to 650 nm)

        圖4為對應(yīng)薄膜的TRPL譜,利用雙指數(shù)函數(shù)可以對曲線進(jìn)行擬合(I(t)=A1exp(-t/τ1)+A2exp(-t/τ2),其中τ1和τ2分別代表載流子快速和慢速復(fù)合的壽命,而A1和A2為相應(yīng)的振幅),擬合參數(shù)如表1所示。相同條件下,CB反溶劑處理可以提高薄膜內(nèi)部載流子壽命,如上所述,這是因為CB反溶劑工藝能夠促進(jìn)薄膜的取向結(jié)晶;另外FA+的引入會降低載流子的壽命,這是因為(110)和(112)/(200)取向晶粒在薄膜中的競爭生長會導(dǎo)致薄膜內(nèi)部形成更多晶界,從而增加了載流子在晶界處的復(fù)合幾率。

        圖4 不同成分及制作方法的鈣鈦礦時間分辨熒光譜Fig.4 Time-resolved fluorescence spectra of perovskite with different compositions and methods

        圖5 不同濃度的MAAc對應(yīng)的不同鈣鈦礦的效率曲線Fig.5 Efficiency curves of different perovskites corresponding to different concentrations of MAAc

        表1 PL衰變的擬合參數(shù)Table 1 Fitting parameters of PL decay

        通過改變前驅(qū)薄膜中MAAc的摻雜濃度,并結(jié)合CB反溶劑工藝的使用,本實驗中制備了一系列MAPbI3及MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦薄膜,并將其作為活性層制備了結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/PEDOT∶ PSS/Perovskite/PCBM/BCP/Au的鈣鈦礦太陽電池。電池效率與MAAc濃度以及CB反溶劑工藝的關(guān)系如圖5所示。電池效率隨著MAAc濃度呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,在MAAc濃度為~16%左右時達(dá)到最大值,同時CB反溶劑工藝能夠進(jìn)一步提升電池效率。結(jié)合XRD分析可以看出,CB反溶劑可以促進(jìn)薄膜在(110)取向上的結(jié)晶從而提高載流子在電流傳輸路徑上的遷移率,因此能夠提升電池效率。

        圖6 典型MAPbI3及MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦太陽電池(a)電流密度-電壓曲線(J-V);(b)外量子效率譜(EQE)Fig.6 Typical MAPbI3 and MA1-xFAxPbI3 mixed cationic perovskite solar cells (a)current density-voltage curve (J-V); (b)external quantum efficiency spectrum (EQE)

        圖7 典型MA0.9FA0.1PbI3 鈣鈦礦太陽電池J-V曲線圖(插圖為電池性能數(shù)據(jù)表)(a)MA0.9FA0.1PbI3 with CB;(b)MA0.9FA0.1PbI3 without CBFig.7 J-V curves of Typical MA0.9FA0.1PbI3 perovskite solar cell(inset illustrates the device parameters) (a)MA0.9FA0.1PbI3 with CB; (b)MA0.9FA0.1PbI3 without CB

        圖6為典型MAPbI3及MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦太陽電池的電流密度-電壓曲線(J-V)以及對應(yīng)的外量子效率譜(EQE)。其中鈣鈦礦前驅(qū)溶液中MAAc的濃度為16%。由J-V曲線可以計算得到電池的各個參數(shù),如表2所示。與MAPbI3相比,引入10%的FA+可以提高電池短路電流,這歸因于薄膜較好的光吸收能力,尤其是在300~ 650 nm的范圍內(nèi);然而進(jìn)一步提高FA+比例會導(dǎo)致短路電流的降低,這是因為薄膜光吸收在~750 nm附近會隨著FA+增加而降低,如圖3所示,且當(dāng)FA+比例達(dá)0.13時出現(xiàn)明顯降低;另外,如圖4所示,F(xiàn)A+的引入同時也會降低載流子的壽命。EQE譜線在450~750 nm的波長范圍內(nèi)可達(dá)到較高的穩(wěn)定數(shù)值,另外通過對EQE積分可以獲得電池的短路電流,該值也與J-V測試所得短路電流較為吻合。通過優(yōu)化工藝,當(dāng)在前驅(qū)溶液中加入16%的MAAc并利用CB反溶劑工藝,實現(xiàn)了效率為~17.5%的MA0.9FA0.1PbI3鈣鈦礦太陽電池。且CB處理可以有效減小電池J-V曲線的正反掃遲滯現(xiàn)象,如圖7所示。這歸因于CB反溶劑可以促進(jìn)薄膜在(110)取向上的結(jié)晶從而提高載流子在電流傳輸路徑上的遷移率。

        表2 不同鈣鈦礦制備的電池性能Table 2 Device performance prepared by different perovskites

        4 結(jié) 論

        通過在前驅(qū)溶液中加入MAAc以及利用CB反溶劑工藝,系統(tǒng)研究了其在MAPbI3及MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦薄膜結(jié)晶過程中的協(xié)同作用。發(fā)現(xiàn)在一步法工藝中利用MAAc可以不經(jīng)過反溶劑處理而獲得高質(zhì)量結(jié)晶薄膜,且MAAc將誘導(dǎo)MAPbI3從(110)到(112)/(200)方向上的取向晶化,后期采用CB反溶劑處理可以進(jìn)一步提高鈣鈦礦薄膜在(112)/(200)取向上的結(jié)晶質(zhì)量;而在MA1-xFAxPbI3混合陽離子鈣鈦礦中則同時存在(110)和(112)/(200)的結(jié)晶取向,且(110)取向?qū)㈦SFA+含量的增加而變得更為顯著,后期CB反溶劑處理將促進(jìn)晶粒在(110)取向上的生長。在此基礎(chǔ)上制備了結(jié)構(gòu)為Glass/ITO/PEDOT∶ PSS/Perovskite/PCBM/BCP/Au的鈣鈦礦太陽電池,并通過工藝優(yōu)化實現(xiàn)了效率為~17.5%且無明顯遲滯現(xiàn)象的MA0.9FA0.1PbI3鈣鈦礦太陽電池。

        猜你喜歡
        太陽電池鈣鈦礦前驅(qū)
        當(dāng)鈣鈦礦八面體成為孤寡老人
        SiBNC陶瓷纖維前驅(qū)體的結(jié)構(gòu)及流變性能
        可溶性前驅(qū)體法制備ZrC粉末的研究進(jìn)展
        幾種新型鈣鈦礦太陽電池的概述
        光對聚合物太陽電池的影響
        柔性砷化鎵太陽電池
        CIGS薄膜太陽電池柔性化
        前驅(qū)體磷酸鐵中磷含量測定的不確定度評定
        鈣鈦礦型多晶薄膜太陽電池(4)
        太陽能(2015年4期)2015-02-28 17:08:19
        鈣鈦礦型多晶薄膜太陽電池(2)
        太陽能(2015年2期)2015-02-28 17:07:18
        久久伊人精品中文字幕有尤物| 青青在线精品2022国产| 日韩国产有码在线观看视频| 亚洲精品国产成人久久av盗摄| 香蕉成人伊视频在线观看 | 三级网站亚洲三级一区| 人妻少妇被粗大爽.9797pw| 国产最新进精品视频| 国内精品一区二区2021在线| 青青草视频网站免费看| 欧美精品无码一区二区三区| 亚洲熟女乱色综合亚洲图片| 亚洲VA中文字幕欧美VA丝袜| 国产三级在线观看不卡| 免费a级毛片高清在钱| 国产精品久久一区二区三区| 人妻无码AⅤ不卡中文字幕| 日韩在线精品免费观看| 一本久久综合亚洲鲁鲁五月天 | 国产自国产在线观看免费观看| 韩国主播av福利一区二区| 情av一区二区三区在线观看| 男人扒开添女人下部免费视频 | 亚洲欧美日韩一区二区三区在线| 国产自产av一区二区三区性色| 国产精品毛片毛片av一区二区| 无套内谢老熟女| 天天操夜夜操| 亚洲av熟女天堂系列| 日韩极品视频免费观看| 熟妇丰满多毛的大隂户| 任你躁欧美一级在线精品免费| 亚洲国产一区二区视频| 精品伊人久久大线蕉色首页| 国产喷水福利在线视频| 性感人妻中文字幕在线| 精品人妻码一区二区三区剧情| 国产精品无码a∨精品影院| 91亚洲欧洲日产国码精品| 中文资源在线一区二区三区av| 日韩aⅴ人妻无码一区二区|