氨水蒸汽热处理对ZnO基钙钛矿太阳能电池性能的影响

1、    氨水蒸汽热处理对zno基钙钛矿太阳能电池性能的影响    于超华 王艳香摘 要：近几年，有机无机杂化钙钛矿电池（perovskite solar cell， pscs）得到很好的发展。因其具有低成本、高效率、工艺简单等特点。而zno电子传输层具有高的电子迁移率、高的透光率、合适的能级匹配等优点，成为pscs中电子传输层的主要应用材料。本文采用溶胶-凝胶法制备了zno，研究了氨水蒸汽热处理法修饰zno电子传输层及对电池性能的影响。结果表明氨水用量为100l，热处理的时间为30min时，电池性能最好，其光电转化效率（photoelectric con

2、version efficiency，pce）为10.26%。关键词：钙钛矿太阳能电池;zno;电子传输层;氨水蒸汽热处理1引言pscs从2009最初的pce 3.8%的1，到现在的pce达到25.2%2。在pscs中电子传输层起着非常重要的作用：（1）阻挡空穴，传输电子，防止电子与空穴发生复合;（2）减少钙钛矿层与导电玻璃之间的能级壁垒;（3）避免钙钛矿层与导电玻璃直接接触，从而发生物理化学反应3。本文研究了以溶胶-凝胶法制备zno电子传输层，通过氨水蒸汽热处理的方法提高zno薄膜的质量，从而提高了电池的光电性能。2实验部分2.1实验原料掺氟的氧化锡导电玻璃（fto）;二水乙酸锌（zn（ch

3、3coo）2·2h2o）;乙二醇甲醚（ch3ch2cooch3）;单乙醇胺（nh2ch2ch2oh）;碘化铅（pbi2）;碘甲胺（ch3nh3i （mai）2，2'，7，7'-四n，n-二（4-甲氧基苯基） 氨基-9，9'-螺二芴（spiro-ometad， ）;雙三氟甲烷磺酰亚胺锂（li-tfsi， ）;4-叔丁基吡啶（tbp， c9h13n）;二甲基亚砜（dmso， c2h6so）;n， n-二甲基甲酰胺（dmf， c3h7no， 99.8% ）;氯苯（c6h5cl）;乙腈（c2h3n）;金（au）。2.2实验步骤2.2.1 zno致密层的制备将zn（ch

4、3coo）2·2h2o和nh2ch2ch2oh溶解在ch3ch2cooch3中浓度为0.6m，搅拌10h，搅拌静置10h。量取80?lzno溶胶，采用旋涂工艺制备种子层，转速为1000r/s 6s，3000r/s 30s。旋涂之后，放在加热板上温度为250，时间为10min，待冷却至室温后，重复旋涂一次。将zno薄膜放入fto导电玻璃培养皿中，移取一定量的氨水滴到培养皿的中心，进行密封，然后放到加热板上100加热30min，然后冷却至室温。最后将fto导电玻璃放入马弗炉中煅烧，升温速度为5/min，300保温10min，520保温15min。3结果与讨论如图1所示，从图（a）和（b）

5、中可以看出纯zno薄膜的晶粒尺寸大小在20nm-30nm之间，薄膜也不够致密和均匀表面针孔和缺陷较多。从图（c）和（d）中可以看出经过修饰后形成的nh3-zno薄膜晶粒尺寸增大，大约在40nm-50nm之间，并且形成的nh3-zno薄膜也比较致密和均匀，表面的针孔和缺陷也减少。从图2中可以看出，当氨水的用量为100l时电池的性能最好，经过修饰的zno薄膜表面缺陷减少，减少了电子和空穴的复合几率，降低了电流的损失，所以jsc得到了提高。而且经过修饰后的zno薄膜晶粒尺寸变大，减少了电子在传输过程中的晶界损失，使得在传输过程中的电阻减少，从而提高了电池的ff。4结论本文研究了氨水蒸汽热处理的方法对

6、zno薄膜及钙钛矿太阳能电池性能的影响。当氨水的用量为100l，热处理的时间为30min时，可以使zno薄膜变得更加致密和均匀，提高了其透光率，并且增大了zno薄膜的晶粒尺寸。高质量的zno薄膜，减少了电子和空穴的复合几率，减少了电流损失。因此，氨水热处理修饰zno薄膜可以提高钙钛矿太阳能电池的性能。参考文献1 kojima a， teshima k， shirai y， miyasaka t. organometal halide perovskites as visible-light sensitizers for photovoltaic cellsj. journal of the

7、american chemical society， 2009，131（17）： 6050-6051.2national renewable energy laboratory （nrel） best research cell efficiencychart;https：//pv/assets/pdfs/best-research-cell-efficiencies-190416.pdf .3 jeng j， chiang y， lee m， et al. ch3nh3pbi3 perovskite/fullerene planar-heterojunction hybrid solar cellsj. advanced materials， 2013， 25（27）：3727-3732.大众科学·上旬2020年6期大众科学·上旬的其它文章提升抽油机