Zn-Al LDHs热解产物在2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池中的应用

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有机-无机杂化钙钛矿因其低成本溶液制造工艺和高效率的综合优势而成为下一代光伏器件的非常有前途的光吸收剂。三维(3D)钙钛矿具有良好的光吸收,但是湿度稳定性差。二维(2D)钙钛矿湿度稳定性好,但是导电性差和光吸收窄。2D/3D堆叠结构可以结合2D钙钛矿中增强的稳定性的优点以及3D钙钛矿材料中强光吸收的优点,因而成为近几年的研究热点。由于涉及2D/3D杂化钙钛矿形貌对钙钛矿太阳能电池性能影响的研究较少,因此本文通过旋涂不同浓度的BA的氯苯溶液来探讨2D/3D杂化钙钛矿形貌对太阳能电池性能的影响。近年来,复合金属氧化物在染料敏化太阳能电池、燃料电池、量子点敏化太阳能电池中有着广泛的研究。层状双金属氢氧化物(LDHs)高温热解后也可以制备MMO,该方法制备的MMO具有金属元素均匀掺杂、金属元素掺杂量可调的特点。因此本文通过Zn-ALLDHs制备了 Zn-Al MMO,并将其应用到2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池中作为电子传输层。具体操作如下:(1)首先通过一步法旋涂3D钙钛矿前体溶液,通过优化前体液的浓度,制备出性能最佳的3D钙钛矿太阳能电池,当3D钙钛矿前体溶液的浓度为1.5 molL-1时,基于C的器件的性能最佳,其效率为8.73%。接着在性能最佳的3D钙钛矿薄膜上旋涂不同浓度正丁胺(BA)的氯苯溶液,目的是在3D杂化钙钛矿层上形成薄的2D杂化钙钛矿层。最终发现BA的溶液浓度为3%v/v时,器件的性能最佳,效率为9.01%。2D/3D太阳能电池相对于3D钙钛矿太阳能电池不仅性能增加,而且长期稳定性也有所增加。(2)通过双滴共沉淀法制备了不同比例的Zn-Al LDHs,并将LDHs在不同的温度下煅烧制备Zn-Al MMO,将其应用到2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池中作为电子传输层。并研究金属元素比与煅烧温度对器件性能的影响。最终发现退火温度为600℃时,Zn2+/Al3+为5时,器件的性能最佳,其最佳光电转化效率为6.75%。将其与基于纯ZnO的电池相比,基于Zn-Al MMO器件的性能和稳定性都有所增加。
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