摘要
随着金属卤化铅钙钛矿(APbX3)太阳能电池的发展，解决其环境不稳定性和铅毒性问题也成为关注的焦点，无铅双钙钛矿(A2BB’X6)太阳能电池作为最具有潜力的替代者被提出，其中Cs2AgBiBr6双钙钛矿太阳能电池凭借其超强的稳定性和良好的光电性能脱颖而出。但由于Cs2AgBiBr6双钙钛矿材料本身的深层缺陷和宽带隙的限制，目前报道的电池效率普遍不高，使其在工业化发展方面受到极大挑战。针对这些问题，本文通过工艺改良及界面修饰等工作，对结构为FTO导电玻璃/TiO2介孔层/Cs2AgBiBr6钙钛矿层/碳对电极的双钙钛矿太阳能电池进行优化研究，主要研究内容如下： 1）首先对Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的电子传输层进行优化，化学浴制备TiO2致密层后，采用水热法生长TiO2纳米阵列，同时对水热法制备的电子传输层的反应时间进行四个阶梯细化，探究反应时间对钙钛矿薄膜的表面特性和光电特性的影响，综合薄膜的形貌表征和器件的光伏性能结果选择110分钟为最佳水热时间。接着再对比高温450℃和低温150℃退火处理的TiO2纳米阵列形成的Cs2AgBiBr6钙钛矿薄膜的不同及其对器件性能的影响，得到反应时间110分钟高温450℃退火的器件最佳，其光电转换效率最高为1.20%，而低温150℃退火的器件PCE为1.15%，较小的效率差距代表全低温制备Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池的可行性，为低温制备工艺提供实验依据。 2）然后，本文选用三种甲基卤化铵MACl、MABr、MAI对电子传输层/Cs2AgBiBr6钙钛矿界面修饰，甲基卤化胺主要改善电子传输层与钙钛矿层之间接触界面。结果显示，MACl预先旋涂修饰促进了电子从钙钛矿到电子传输层的提取，从而减少了陷阱辅助的复合，且大幅抑制了迟滞现象。同时，通过对甲基卤化铵修饰浓度的调节制备了高效稳定的Cs2AgBiBr6钙钛矿太阳能电池，使用0.25mol/L的MACl优化后的钙钛矿太阳能电池总体性能得到了提升，其中冠军器件表现出3.04mA?cm-2优异的短路电流密度，在空气中制备的Cs2AgBiBr6器件最高获得2.03%的光电转换效率，其填充因子也提升到了62%，器件性能参数均高于对照组。重要的是，修饰后的器件在室温情况下，湿度为50%到60%的空气环境中存放30天后效率仍保持在90%以上，展现出了更好的环境稳定性。 3）其次，使用无毒性的反溶剂或者低毒性的混合反溶剂替换毒性反溶剂，根据表征测试探究了不同反溶剂对器件性能的影响，纯乙酸乙酯对器件形貌的修饰具有正向效果，但其光电转换效率与纯氯苯修饰相比有所降低。为了兼具器件的性能与制备的低毒性，将乙酸乙酯与氯苯混合，通过调控二者的体积比例，得到了表面更为平整，晶界更小的Cs2AgBiBr6双钙钛矿薄膜，乙酸乙酯-氯苯体积比为1:2修饰的最佳器件效率达到2.13%，高于纯氯苯修饰的对照器件，其稳定性也得到了进一步的提升。
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