杂化钙钛矿薄膜有机磷化物界面修饰作用研究开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

钙钛矿太阳能电池在近些年来飞速发展，其效率目前已经达到了25.2%，发展速度超过了绝大多数发展多年的太阳能电池，其具有原料来源丰富、光电性质优越、可溶液加工和低温制备等优势，是未来太阳能电池发展的主流方向。但钙钛矿太阳能电池的稳定性一直是阻碍它效率进一步提高，及商业化应用的重要因素。为此多年来，学者们对此进行了大量的探索，通过改变电池各层的物质种类和结构，修饰改进器件层间表界面等多种方式来对电池稳定性及效率进行提升。层间表界面的研究是研究中的一大热点，通过利用新物质在原有界面上进行表面修饰，来优化电池器件层间表界面的形貌已成为研究者们研究钙钛矿太阳能电池的主要思想之一。2014年，程一兵课题组在一步旋涂法的基础上，用氯苯作为反溶剂在甲胺铅碘的DMF溶液旋涂过程中滴加，制备出的钙钛矿薄膜均匀、无孔洞。2016 年，Yang 等人通过离子液体 [BMIM]BF 4 修饰电子传输层与钙钛矿光吸收层的界面，不仅在平板式电池中获得了 19.42%的效率，还消除了磁滞效应。这些研究表明国内外十分重视表面修饰方法在提升钙钛矿太阳能电池稳定性和效率方面的作用。随着光电器件的深入研究，越来越多的与元素被引入，近年来磷元素在光电器件中的优势逐渐被研究者们发现，并应用到钙钛矿太阳能电池，有了突出的成果。2019年Joseph Shapte等人应用剪应力剥离方法，在较短的时间内产生出结晶质高、原子级厚度较薄的磷烯纳米片并把磷烯纳米片当作电子传输层材料（ETM）后，电池效率提升2%至3%。2019年黄劲松团队通过与磷酸盐离子反应将铅卤钙钛矿表面转化为不溶于水的铅盐，有效地提高了钙钛矿表面稳定性，铅盐层的形成提高了载流子复合寿命，使太阳电池的效率提高到21.1%。以上研究可以看出含磷的物质在提升钙钛矿太阳能电池器件效率和稳定性方面有明显作用。为此本课程设计计划采用几种有机磷化物对电池器件的光吸收层进行表面修饰，来优化层间形貌，测试其效率及稳定性。

2. 研究的基本内容与方案

本项目拟通过选取几类有机磷化物，对杂化钙钛矿薄膜及器件进行界面修饰，研究其对薄膜的界面缺陷的钝化作用，以及修饰材料对薄膜形貌及光电学性能进行研究。研究界面及老化过程中修饰材料和钙钛矿组分的作用关系。

电池器件制备计划采用一步法制备。即在已浸泡制好的电子传输层sno₂上旋涂pbx₂ 、fax/max（x为卤族元素）的 dmf、dmso混合溶液，在旋涂钙钛矿溶液时滴加反溶剂掺有有机磷化物的反溶剂ea，促使钙钛矿迅速结晶，并利用有机磷化物对钙钛矿光吸收层进行表面修饰，再退火后得到了致密无空洞裂纹晶粒晶界清晰的钙钛矿薄膜。

通过文献查找及数据分析，项目拟采用o-磷酸乙醇胺、氨甲基膦酸、2-氨基乙基膦酸、亚氨基二亚甲基膦酸、氨基三亚甲基膦酸等有机磷化物对钙钛矿太阳能电池光吸收层进行表面修饰。

3. 研究计划与安排

第8－12周：按照设计方案，调控薄膜修饰手段，制备薄膜及光电器件。

第13－15周：采用sem、xrd、uv-vis、tem、ir等测试技术对薄膜的物相、显微结构、光电学性能进行测试，分析薄膜及器件的稳定特性。

第16－18周：总结实验数据，完成并修改毕业论文。

4. 参考文献（12篇以上）

1.yang, s.; chen, s.; mosconi, e.; fang, y.; xiao, x.; wang, c.; zhou, y.; yu, z.; zhao, j.; gao, y.; de angelis, f.; huang, j., stabilizing halide perovskite surfaces for solar cell operation with wide-bandgap lead oxysalts. science 2019, 365 (6452), 473-478.

2.yang, x.; zhang, x.; deng, j.; chu, z.; jiang, q.; meng, j.; wang, p.; zhang, l.; yin, z.; you, j., efficient green light-emitting diodes based on quasi-two-dimensional composition and phase engineered perovskite with surface passivation. nature communications 2018, 9 (1), 570.

3.xu, w.; lei, g.; tao, c.; zhang, j.; liu, x.; xu, x.; lai, w.-y.; gao, f.; huang, w., precisely controlling the grain sizes with an ammonium hypophosphite additive for high-performance perovskite solar cells. adv funct mater 2018, 28 (33), 1802320.