摘要
当今世界人类仍面临着能源短缺与环境污染两大挑战，相较于传统能源，太阳能是一种理想的可再生能源，但传统光伏材料同样具有制造成本昂贵和原材料具有环境污染性等问题，而钙钛矿太阳能电池以其低廉的成本及卓越的光电转化效率受到广泛的关注，其较高的光吸收率、较长的载流子迁移率以及载流子寿命是钙钛矿太阳能电池取得高效率的根本原因。为使其更快实现商业化，仍有诸如提高电池稳定性、提高电池效率等问题亟待解决，单晶钙钛矿由于无晶界、少缺陷、稳定性高等性质在这些方面的优势尤为突出，与钙钛矿的薄膜相比，钙钛矿单晶在应用方面具有更广泛的前景。然而在实际研究中，单独利用空间限域法难以生长出大尺寸的钙钛矿单晶，在这篇论文中，尝试用超声波诱导法与空间限域法相结合并采取逆温度结晶法，取得了良好的效果，本文研究的主要内容如下： 1）超声波诱导法结合空间限域法生长MAPbBr3钙钛矿薄单晶 单晶钙钛矿作为光电材料具有很大的优势，但采用传统的空间限域法生长钙钛矿薄单晶的过程中，加热钙钛矿前驱体溶液时会不可避免地生长出大量钙钛矿籽晶，从而影响到单个籽晶横向伸展，难以生长出大尺寸的单晶，或生长出孪晶及多晶。在这项工作中，首先利用氟硅烷易形成低表面能的聚硅氧烷涂层，构建超疏水表面，采用两片经过疏水处理的玻璃片将钙钛矿前驱体溶液夹在中间，制造出有限空间使晶体在一个方向上的生长被抑制，再采用超声波诱导单个钙钛矿籽晶远离其他钙钛矿籽晶，从而避免其与其他籽晶结合，从而在有限的基底中得到最大限度的生长空间。同时通过不断地补充钙钛矿前驱体溶液和保持温度，使籽晶在适宜的浓度和温度下生长，由于空间被限制，籽晶只能向横向生长，由此长出大尺寸的钙钛矿薄单晶。通过这种方法生长的钙钛矿薄单晶不仅拥有可控的厚度、较大的尺寸，并且拥有光滑的形貌和优越的性质。 2）MAPbBr3钙钛矿薄单晶制作太阳能电池 钙钛矿虽然凭借优越的性质得到广泛研究，但当前大部分研究仍围绕着多晶钙钛矿薄膜展开，这使得钙钛矿薄膜普遍存在的稳定性较差的问题显得尤为突出，而单晶钙钛矿在热稳定性上优于钙钛矿薄膜，并由于其无晶界和少缺陷的性质，在制备太阳能电池方面也具有很强的优势和可行性。本工作先以空间限域法生长出具有性质优良的钙钛矿薄单晶，将单晶一端蒸镀Au，另一端蒸镀C60和BCP，并在两部分的边界覆盖掩膜版，顶端蒸镀Au作为阴极，通过这种方法制成的单晶太阳能电池具有良好的效率和较好的稳定性，在光电器件的应用上拥有广泛的前景。在能源逐渐枯竭的当下，钙钛矿薄单晶制成的电池有望突破不可再生能源和传统光伏材料的缺陷，成为工业发展的新动力。
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