CuBr2基无铅杂化钙钛矿敏化太阳能电池的制备与性能研究

Solar cells based on hybrid perovskite CH3NH3PbI3 obtains more than 15% of the conversion efficiency. Thus the materials have recently received substantial attention for a promising application prospect. With its unique crystal structure, Hybrid perovskite material showing a high mobility, wide ultraviolet-visible absorption peak, can be used as new photovoltaic materials. Its performance can be changed easily with adjust the types of organic or inorganic layer thickness of hybrid crystal structure of perovskite materials, making its energy level matching with TiO2 or ZnO energy level. Because of PbI2 based perovskite is unstable and poisonous, this project is mainly about changing the R group and n value to adjust the structure and properties of hybrid perovskite (RNH3)2(CH3NH3)n-1CunBr3n+1. Low toxicity and stable CuBr2 is used to replace PbX2 based hybrid perovskite and its application in hybrid solar cells is discussed.

基于杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的太阳能电池获得了超过15%的转换效率，良好的发展前景使其成为研究热点。杂化钙钛矿材料以其独特的晶体结构，呈现出较高的迁移率、较宽的紫外-可见光吸收峰，是一种很有应用前景的新型光伏材料。并且其性能具有较好的可调控性，可以通过调节有机物的种类和无机片层厚度对杂化钙钛矿材料晶体结构、能带结构、激子结合能、光学以及光电性能进行调控，使其能级与TiO2或ZnO能级匹配，从而有较好的光电性能。由于基于PbI2钙钛矿稳定性和毒性问题，本项目主要通过R基团和n的取值的变化来调节杂化钙钛矿(RNH3)2(CH3NH3)n-1CunBr3n+1的结构和性能，探讨取代PbX2 的低毒、稳定的CuBr2 基杂化钙钛矿材料的开发及其在杂化太阳能电池中的应用。

PbX2基钙钛矿杂化电池获得了较好的光伏性能，但是由于PbX2基钙钛矿的稳定性和毒性的问题，使其应用受到一定的限制。采用CuBr2代替PbX2用于杂化钙钛矿，可以降低Pb对环境的污染，使太阳能电池在制备和使用过程中，都真正实现节能环保的目的。对低毒性、稳定的CuBr2基钙钛矿杂化太阳能电池的研究，可以为无铅杂化太阳能电池材料的开发和设计提供新思路。. 在钙钛矿材料的可控化制备方面，研究了一系列Cu基钙钛矿材料的分子设计及其制备，并研究了不同无机层厚度的(RNH3)2(CH3NH3)n-1CunX3n+1钙钛矿材料性能随n增加的变化趋势。初步探明了二维层状杂化钙钛矿材料中有机铵盐的结构与钙钛矿材料性能的对应关系。发现有机分子链末端含有羟基时分子层间的相互作用力较强使钙钛矿材料的迁移率和稳定性能的影响。当用二胺取代单胺时，二维层状NH3RNH3CuCl4钙钛矿材料的层间距变小，且分子间没有弱的相互作用力，从而进一步提高了钙钛矿材料的迁移率和稳定性。为今后钙钛矿材料的设计提供了新的依据和方向。. 将有较大迁移率和宽吸收光谱的的(3-BrC3H6NH3)2CuBr4引入FTO/TiO2致密层/(3-BrC3H6NH3)2CuBr4/Spiro-MeOTAD/Ag结构太阳电池器件，获得开路电压为0.78 V，短路电流密度为4.60 mA/cm2，填充因子为0.37，光电转换效率达1.33%，显示了铜基无铅钙钛矿杂化材料在光伏领域潜在的应用前景。该研究为无铅杂化太阳能电池材料的开发和设计提供了新思路和实验数据。. 通过氨蒸气处理，对Pb基太阳电池器件性能进行优化，明显地改善了器件的光电性能，相同的工艺应用于Cu基钙钛矿电池也有类似的效果。此外，在改善器件界面结合性能方面也进行了研究，并且通过煅烧氯化锌基钙钛矿，在导电基底表面可控化制备了氧化锌的纳米阵列，可用于原位制备氧化锌纳米阵列光阳极。顺利完成了预期的目标。