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CH3NH3I在制备CH3NH3PbI(3-x)Clx钙钛矿太阳能电池中的作用

夏祥 刘喜哲

CH3NH3I在制备CH3NH3PbI(3-x)Clx钙钛矿太阳能电池中的作用

夏祥, 刘喜哲
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  • 利用具有钙钛矿结构的有机-无机杂化卤化物制备的太阳能电池, 由于具有溶液可加工性和高光电转换效率, 受到了广泛关注. 在目前报道的最高光电转换效率的器件中, 采用了CH3NH3PbI(3-x)Clx碘氯混合钙钛矿作为吸光层, 据报道在这种材料中光电子的扩散长度可以超过1 μm. 本文综述了在CH3NH3PbI(3-x)Clx方面现有的研究工作, 指出了薄膜制备条件的重要性, 并研究了CH3NH3I在PbCl2/CH3NH3I热解法制备CH3NH3PbI(3-x)Clx吸光层中的作用. 扫描电子显微镜研究表明CH3NH3I加入量为PbCl2的2倍到2.75倍时, CH3NH3I加入量的增加可以提高CH3NH3PbI(3-x)Clx吸光层的覆盖度和结晶度, CH3NH3I加入量进一步增加到3倍时, 形貌变化不大. X射线光电子能谱的数据证实了CH3NH3I加入量对覆盖度的影响, 并显示在CH3NH3I加入量大于PbCl2的2.5倍以后, CH3NH3PbI(3-x)Clx中氯的掺入量急剧下降. 光电测试表明器件性能随CH3NH3I加入量增加而增加, 在CH3NH3I/PbCl2为3/1时达到最高, 加入量略小于3/1对性能影响不大.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51273079)、吉林省科技发展计划项目(批准号: 20150519021JH)资助的课题.
    [1]

    Yu H Z 2013 Acta Phys. Sin. 62 027201 (in Chinese) [於黄忠 2013 物理学报 62 027201]

    [2]

    Wang L, Zhang X D, Yang X, Wei C C, Zhang D K, Wang G C, Sun J, Zhao Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 058801 (in Chinese) [王利, 张晓丹, 杨旭, 魏长春, 张德坤, 王广才, 孙建, 赵颖 2013 物理学报 62 058801]

    [3]

    Han A J, Sun Y, Li Z G, Li B Y, He J J, Zhang Y, Liu W 2013 Acta Phys. Sin. 62 048401 (in Chinese) [韩安军, 孙云, 李志国, 李博研, 何静靖, 张毅, 刘玮 2013 物理学报 62 048401]

    [4]

    Kojima A, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 6050

    [5]

    Kim H S, Lee C R, Im J H, Lee K B, Moehl T, Marchioro A, Moon S J, Baker R H, Y um J H, Moser J E, Grätzel M, Park N G 2012 Sci. Rep. 2 591

    [6]

    Lee M M, Teuscher J, Miyasaka T, Murakami T N, Snaith H J 2012 Science 338 643

    [7]

    Lv S L, Pang S P, Zhou Y Y, Padture N P, Hu H, Wang L, Zhou X H, Zhu H M, Zhang L X, Huang C S, Cui G L 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 19206

    [8]

    Pellet N, Gao P, Gregori G, Yang T Y, Nazeeruddin M K, Maier J, Grätzel M 2014 Angew. Chem. Int. Ed. 53 3151

    [9]

    Choi H, Jeong J, Kim H B, Kim S, Walker B, Kim G H, Kim J Y 2014 Nano Energy 7 80

    [10]

    Mei A, Li X, Liu L F, Ku Z L, Liu T F, Rong Y G, Xu M, Hu M, Chen J Z, Yang Y, Grätzel M, Han H W 2014 Science 345 295

    [11]

    Hao F, Stoumpos C C, Cao D H, Chang R P H, Kanatzidis M G 2014 Nat. photonics 8 489

    [12]

    Ogomi Y, Morita A, Tsukamoto S, Saitho T, Fujikawa N, Shen Q, Toyoda T, Yoshino K, Pandey S S, Ma T, Hayase S 2014 J. Phys. Chem. Lett. 5 1004

    [13]

    Noh J H, Im S H, Heo J H, Mandal T N, Seok S I 2013 Nano Lett. 13 1764

    [14]

    Zhou H P, Chen Q, Li G, Luo S, Song T B, Duan H S, Hong Z R, You J B, Liu Y S, Yang Y 2014 Science 345 542

    [15]

    Zhang W, Saliba M, Stranks S D, Sun Y, Shi X, Wiesner U, Snaith H J 2013 Nano Lett. 13 4505

    [16]

    Ball J M, Lee M M, Hey A, Snaith H J 2013 Energy Environ. Sci. 6 1739

    [17]

    Wojciechowski K, Saliba M, Leijtens T, Abate A, Snaith H J 2014 Energy Environ. Sci. 7 1142

    [18]

    Docampo P, Ball J M, Darwich M, Eperon G E, Snaith H J 2013 Nat. Commun. 4 2761

    [19]

    You J B, Hong Z R, Yang Y, Chen Q, Cai M, Song T B, Chen C C, Lu S R, Liu Y S, Zhou H P, Yang Y 2014 ACS Nano 8 1674

    [20]

    Stranks S D, Eperon G E, Grancini G, Menelaou C, Alcocer M J P, Leijtens T, Herz L M, Petrozza A, Snaith H J 2013 Science 342 341

    [21]

    Roiati V, Colella S, Lerario G, Marco L D, Rizzo A, Listorti A, Gigli G 2014 Energy Environ. Sci 7 1889

    [22]

    Ogomi Y, Kukihara K, Qing S, Toyoda T, Yoshino K, Pandey S, Hisayo M, Hayase S 2014 Chem. Phys. Chem. 15 1062

    [23]

    Shen Q, Ogomi Y, Chang J, Tsukamoto S, Kenji K, Oshima T, Osada N, Yoshino K, Katayama K, Toyoda T, Hayase S 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 19984

    [24]

    Chavhan S, Miguel O, Grande H J, Pedro V G, Sanchez R S, Barea E M, Sero I M, Zaera R T 2014 J. Mater. Chem. A 2 12754

    [25]

    Giacomo F D, Razza S, Matteocci F, Epifanio A, Li coccia S, Brown T M, Carlo A D 2014 J. Power Sources 251 152

    [26]

    Wu Z W, Bai S, Xiang J, Yuan Z C, Yang Y G, Cui W, Gao X Y, Liu Z, Jin Y Z, Sun B Q 2014 Nanoscale 6 10505

    [27]

    Barrows A T, Pearson A J, Kwak C K, Dunbar A D F, Buckley A R, Lidzey D G 2014 Energy Environ. Sci. 7 2944

    [28]

    Matteocci F, Razza S, Giacomo F D, Casaluci S, Mincuzzi G, Brown T M, Epifanio A, Licoccia S, Carlo A D 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 3918

    [29]

    Eperon G E, Burlakov V M, Docampo P, Goriely A, Snaith H J 2014 Adv. Funct. Mater. 24 151

    [30]

    Dualeh A, Tetreault N, Moehl T, Gao P, Nazeeruddin M K, Grätzel M 2014 Adv. Funct. Mater. 24 3250

    [31]

    Liang P W, Liao C Y, Chueh C C, Zuo F, Wliilams S T, Xin X K, Lin J J, Jen A K Y 2014 Adv. Mater. 26 3748

    [32]

    Colella S, Mosconi E, Fedeli P, Listorti A, Gazza F, Orlandi F, Ferro P, Besagni T, Rizzo A, Calestani G, Gigli G, Angelis F D, Mosca R 2013 Chem. Mater. 25 4613

    [33]

    Park B, Philippe B, Gustafsson T, Sveinbjornsson K, Hagfeldt A, Johansson E M J, Boschloo G 2014 Chem. Mater. 26 4466

    [34]

    Shi J J, Dong J, Lv S T, Xu Y Z, Zhu L F, Xiao J Y, Xu L, Wu H J, Li D M, Luo Y H, Meng Q B 2014 Appl. Phys. Lett. 104 063901

    [35]

    Ku Z L, Rong Y G, Xu M, Liu T F, Han H W 2013 Sci. Rep 3 3132

    [36]

    Nakade S, Kanzaki T, Wada Y, Yanagida S 2005 Langmuir 21 10803

  • [1]

    Yu H Z 2013 Acta Phys. Sin. 62 027201 (in Chinese) [於黄忠 2013 物理学报 62 027201]

    [2]

    Wang L, Zhang X D, Yang X, Wei C C, Zhang D K, Wang G C, Sun J, Zhao Y 2013 Acta Phys. Sin. 62 058801 (in Chinese) [王利, 张晓丹, 杨旭, 魏长春, 张德坤, 王广才, 孙建, 赵颖 2013 物理学报 62 058801]

    [3]

    Han A J, Sun Y, Li Z G, Li B Y, He J J, Zhang Y, Liu W 2013 Acta Phys. Sin. 62 048401 (in Chinese) [韩安军, 孙云, 李志国, 李博研, 何静靖, 张毅, 刘玮 2013 物理学报 62 048401]

    [4]

    Kojima A, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 6050

    [5]

    Kim H S, Lee C R, Im J H, Lee K B, Moehl T, Marchioro A, Moon S J, Baker R H, Y um J H, Moser J E, Grätzel M, Park N G 2012 Sci. Rep. 2 591

    [6]

    Lee M M, Teuscher J, Miyasaka T, Murakami T N, Snaith H J 2012 Science 338 643

    [7]

    Lv S L, Pang S P, Zhou Y Y, Padture N P, Hu H, Wang L, Zhou X H, Zhu H M, Zhang L X, Huang C S, Cui G L 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 19206

    [8]

    Pellet N, Gao P, Gregori G, Yang T Y, Nazeeruddin M K, Maier J, Grätzel M 2014 Angew. Chem. Int. Ed. 53 3151

    [9]

    Choi H, Jeong J, Kim H B, Kim S, Walker B, Kim G H, Kim J Y 2014 Nano Energy 7 80

    [10]

    Mei A, Li X, Liu L F, Ku Z L, Liu T F, Rong Y G, Xu M, Hu M, Chen J Z, Yang Y, Grätzel M, Han H W 2014 Science 345 295

    [11]

    Hao F, Stoumpos C C, Cao D H, Chang R P H, Kanatzidis M G 2014 Nat. photonics 8 489

    [12]

    Ogomi Y, Morita A, Tsukamoto S, Saitho T, Fujikawa N, Shen Q, Toyoda T, Yoshino K, Pandey S S, Ma T, Hayase S 2014 J. Phys. Chem. Lett. 5 1004

    [13]

    Noh J H, Im S H, Heo J H, Mandal T N, Seok S I 2013 Nano Lett. 13 1764

    [14]

    Zhou H P, Chen Q, Li G, Luo S, Song T B, Duan H S, Hong Z R, You J B, Liu Y S, Yang Y 2014 Science 345 542

    [15]

    Zhang W, Saliba M, Stranks S D, Sun Y, Shi X, Wiesner U, Snaith H J 2013 Nano Lett. 13 4505

    [16]

    Ball J M, Lee M M, Hey A, Snaith H J 2013 Energy Environ. Sci. 6 1739

    [17]

    Wojciechowski K, Saliba M, Leijtens T, Abate A, Snaith H J 2014 Energy Environ. Sci. 7 1142

    [18]

    Docampo P, Ball J M, Darwich M, Eperon G E, Snaith H J 2013 Nat. Commun. 4 2761

    [19]

    You J B, Hong Z R, Yang Y, Chen Q, Cai M, Song T B, Chen C C, Lu S R, Liu Y S, Zhou H P, Yang Y 2014 ACS Nano 8 1674

    [20]

    Stranks S D, Eperon G E, Grancini G, Menelaou C, Alcocer M J P, Leijtens T, Herz L M, Petrozza A, Snaith H J 2013 Science 342 341

    [21]

    Roiati V, Colella S, Lerario G, Marco L D, Rizzo A, Listorti A, Gigli G 2014 Energy Environ. Sci 7 1889

    [22]

    Ogomi Y, Kukihara K, Qing S, Toyoda T, Yoshino K, Pandey S, Hisayo M, Hayase S 2014 Chem. Phys. Chem. 15 1062

    [23]

    Shen Q, Ogomi Y, Chang J, Tsukamoto S, Kenji K, Oshima T, Osada N, Yoshino K, Katayama K, Toyoda T, Hayase S 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 19984

    [24]

    Chavhan S, Miguel O, Grande H J, Pedro V G, Sanchez R S, Barea E M, Sero I M, Zaera R T 2014 J. Mater. Chem. A 2 12754

    [25]

    Giacomo F D, Razza S, Matteocci F, Epifanio A, Li coccia S, Brown T M, Carlo A D 2014 J. Power Sources 251 152

    [26]

    Wu Z W, Bai S, Xiang J, Yuan Z C, Yang Y G, Cui W, Gao X Y, Liu Z, Jin Y Z, Sun B Q 2014 Nanoscale 6 10505

    [27]

    Barrows A T, Pearson A J, Kwak C K, Dunbar A D F, Buckley A R, Lidzey D G 2014 Energy Environ. Sci. 7 2944

    [28]

    Matteocci F, Razza S, Giacomo F D, Casaluci S, Mincuzzi G, Brown T M, Epifanio A, Licoccia S, Carlo A D 2014 Phys. Chem. Chem. Phys. 16 3918

    [29]

    Eperon G E, Burlakov V M, Docampo P, Goriely A, Snaith H J 2014 Adv. Funct. Mater. 24 151

    [30]

    Dualeh A, Tetreault N, Moehl T, Gao P, Nazeeruddin M K, Grätzel M 2014 Adv. Funct. Mater. 24 3250

    [31]

    Liang P W, Liao C Y, Chueh C C, Zuo F, Wliilams S T, Xin X K, Lin J J, Jen A K Y 2014 Adv. Mater. 26 3748

    [32]

    Colella S, Mosconi E, Fedeli P, Listorti A, Gazza F, Orlandi F, Ferro P, Besagni T, Rizzo A, Calestani G, Gigli G, Angelis F D, Mosca R 2013 Chem. Mater. 25 4613

    [33]

    Park B, Philippe B, Gustafsson T, Sveinbjornsson K, Hagfeldt A, Johansson E M J, Boschloo G 2014 Chem. Mater. 26 4466

    [34]

    Shi J J, Dong J, Lv S T, Xu Y Z, Zhu L F, Xiao J Y, Xu L, Wu H J, Li D M, Luo Y H, Meng Q B 2014 Appl. Phys. Lett. 104 063901

    [35]

    Ku Z L, Rong Y G, Xu M, Liu T F, Han H W 2013 Sci. Rep 3 3132

    [36]

    Nakade S, Kanzaki T, Wada Y, Yanagida S 2005 Langmuir 21 10803

  • [1] 袁怀亮, 李俊鹏, 王鸣魁. 有机无机杂化固态太阳能电池的研究进展. 物理学报, 2015, 64(3): 038405. doi: 10.7498/aps.64.038405
    [2] 夏俊民, 梁超, 邢贵川. 喷墨打印钙钛矿太阳能电池研究进展与展望. 物理学报, 2019, 68(15): 158807. doi: 10.7498/aps.68.20190302
    [3] 王继飞, 林东旭, 袁永波. 有机金属卤化物钙钛矿中的离子迁移现象及其研究进展. 物理学报, 2019, 68(15): 158801. doi: 10.7498/aps.68.20190853
    [4] 付鹏飞, 虞丹妮, 彭子健, 龚晋慷, 宁志军. 扭曲二维结构钝化的钙钛矿太阳能电池. 物理学报, 2019, 68(15): 158802. doi: 10.7498/aps.68.20190306
    [5] 王基铭, 陈科, 谢伟广, 时婷婷, 刘彭义, 郑毅帆, 朱瑞. 溶液法制备全无机钙钛矿太阳能电池的研究进展. 物理学报, 2019, 68(15): 158806. doi: 10.7498/aps.68.20190355
    [6] 张丹霏, 郑灵灵, 马英壮, 王树峰, 卞祖强, 黄春辉, 龚旗煌, 肖立新. 影响杂化钙钛矿太阳能电池稳定性的因素探讨. 物理学报, 2015, 64(3): 038803. doi: 10.7498/aps.64.038803
    [7] 李小娟, 韦尚江, 吕文辉, 吴丹, 李亚军, 周文政. 一种新方法制备硅/聚(3, 4-乙撑二氧噻吩)核/壳纳米线阵列杂化太阳能电池. 物理学报, 2013, 62(10): 108801. doi: 10.7498/aps.62.108801
    [8] 杨旭东, 陈汉, 毕恩兵, 韩礼元. 高效率钙钛矿太阳电池发展中的关键问题. 物理学报, 2015, 64(3): 038404. doi: 10.7498/aps.64.038404
    [9] 宋蕊, 冯凯, 林上金, 何曼丽, 仝亮. 钙钛矿NaFeF3结构物性的理论研究及应力和掺杂调控. 物理学报, 2019, 68(14): 147101. doi: 10.7498/aps.68.20190573
    [10] 吴迪, 赵纪军, 田华. Fe2+取代对MgSiO3钙钛矿高温高压物性的影响. 物理学报, 2013, 62(4): 049101. doi: 10.7498/aps.62.049101
    [11] 叶红军, 王大威, 姜志军, 成晟, 魏晓勇. 钙钛矿结构SnTiO3铁电相变的第一性原理研究. 物理学报, 2016, 65(23): 237101. doi: 10.7498/aps.65.237101
    [12] 向 军, 李莉萍, 苏文辉. 钙钛矿型氧离子导体KNb1-xMgxO3-δ的制备和表征. 物理学报, 2003, 52(6): 1474-1478. doi: 10.7498/aps.52.1474
    [13] 励旭东, 王文静, 张世斌, 刁宏伟, 曾湘波, 廖显伯, 许 颖. 微量掺碳nc-SiC:H薄膜用于p-i-n太阳电池的窗口层. 物理学报, 2007, 56(5): 2915-2919. doi: 10.7498/aps.56.2915
    [14] 柯少颖, 王茺, 潘涛, 何鹏, 杨杰, 杨宇. 渐变带隙氢化非晶硅锗薄膜太阳能电池的优化设计. 物理学报, 2014, 63(2): 028802. doi: 10.7498/aps.63.028802
    [15] 丁美斌, 娄朝刚, 王琦龙, 孙强. GaAs量子阱太阳能电池量子效率的研究. 物理学报, 2014, 63(19): 198502. doi: 10.7498/aps.63.198502
    [16] 孔光临, 曾湘波, 许 颖, 刁宏伟, 廖显伯, 郝会颖. 非晶/微晶相变域硅薄膜及其太阳能电池. 物理学报, 2005, 54(7): 3327-3331. doi: 10.7498/aps.54.3327
    [17] 王海啸, 郑新和, 吴渊渊, 甘兴源, 王乃明, 杨辉. 1 eV吸收带边GaInAs/GaNAs超晶格太阳能电池的阱层设计. 物理学报, 2013, 62(21): 218801. doi: 10.7498/aps.62.218801
    [18] 杨自欣, 高章然, 孙晓帆, 蔡宏灵, 张凤鸣, 吴小山. 铅基钙钛矿铁电晶体高临界转变温度的机器学习研究. 物理学报, 2019, 68(21): 210502. doi: 10.7498/aps.68.20190942
    [19] 瞿子涵, 储泽马, 张兴旺, 游经碧. 高效绿光钙钛矿发光二极管研究进展. 物理学报, 2019, 68(15): 158504. doi: 10.7498/aps.68.20190647
    [20] 赵国栋, 杨亚利, 任伟. 钙钛矿型氧化物非常规铁电研究进展. 物理学报, 2018, 67(15): 157504. doi: 10.7498/aps.67.20180936
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-20
  • 修回日期:  2014-11-28
  • 刊出日期:  2015-02-05

CH3NH3I在制备CH3NH3PbI(3-x)Clx钙钛矿太阳能电池中的作用

  • 1. 吉林大学原子与分子物理研究所, 长春 130012;
  • 2. 吉林大学吉林省应用原子与分子光谱重点实验室, 长春 130012
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51273079)、吉林省科技发展计划项目(批准号: 20150519021JH)资助的课题.

摘要: 利用具有钙钛矿结构的有机-无机杂化卤化物制备的太阳能电池, 由于具有溶液可加工性和高光电转换效率, 受到了广泛关注. 在目前报道的最高光电转换效率的器件中, 采用了CH3NH3PbI(3-x)Clx碘氯混合钙钛矿作为吸光层, 据报道在这种材料中光电子的扩散长度可以超过1 μm. 本文综述了在CH3NH3PbI(3-x)Clx方面现有的研究工作, 指出了薄膜制备条件的重要性, 并研究了CH3NH3I在PbCl2/CH3NH3I热解法制备CH3NH3PbI(3-x)Clx吸光层中的作用. 扫描电子显微镜研究表明CH3NH3I加入量为PbCl2的2倍到2.75倍时, CH3NH3I加入量的增加可以提高CH3NH3PbI(3-x)Clx吸光层的覆盖度和结晶度, CH3NH3I加入量进一步增加到3倍时, 形貌变化不大. X射线光电子能谱的数据证实了CH3NH3I加入量对覆盖度的影响, 并显示在CH3NH3I加入量大于PbCl2的2.5倍以后, CH3NH3PbI(3-x)Clx中氯的掺入量急剧下降. 光电测试表明器件性能随CH3NH3I加入量增加而增加, 在CH3NH3I/PbCl2为3/1时达到最高, 加入量略小于3/1对性能影响不大.

English Abstract

参考文献 (36)

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