提升充電機(jī)充電蓄電池性能方案-混合溶劑作為反溶劑沖洗工藝“縫合”三基團(tuán)鈣鈦礦晶粒
2017-8-9 9:25:57??????點(diǎn)擊：
【引言】
近年來，有機(jī)無機(jī)鈣鈦礦材料因?yàn)槠淞己玫娜毕萑萑潭取⑤^長的載流子擴(kuò)散長度以及較強(qiáng)的光學(xué)吸收等優(yōu)異的光電性能，成為了新一代低成本、高效率的太陽能充電機(jī)充電蓄電池材料的研究熱點(diǎn)。效率從2009年的3.8%迅速的攀升到現(xiàn)在的22.1%。有機(jī)無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池的研究經(jīng)歷了多個(gè)階段和方面，大量的研究人員從制備工藝、界面優(yōu)化、物理特性、材料組份等多個(gè)領(lǐng)域都對(duì)鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池的性能提升和器件機(jī)制做出了貢獻(xiàn)。溶劑工程一直都是鈣鈦礦研究中的一個(gè)重要方面，溶液法的鈣鈦礦沉積工藝也經(jīng)歷了一步法工藝、兩步法工藝和反溶劑沖洗工藝等發(fā)展歷程。通過溶劑工程的處理，我們可以更好地理解鈣鈦礦薄膜生長動(dòng)力學(xué)機(jī)制以及調(diào)控鈣鈦礦薄膜制備過程，從而得到成本更低、性能更高的鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池。利用溶劑工程中的混合溶劑工程，可以利用混合溶劑中多種溶劑對(duì)鈣鈦礦前驅(qū)體的協(xié)同能力的強(qiáng)弱不同，來調(diào)控鈣鈦礦薄膜的晶粒生長，得到表面更加平整、晶粒更大的鈣鈦礦薄膜，同時(shí)相應(yīng)的提升鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池的光電性能。
【成果簡介】
電子科技大學(xué)李世彬教授在Nano Energy上以“Stitching Triple Cation Perovskite by a Mixed Anti-Solvent Process for High Performance Perovskite Solar Cells”為題發(fā)表文章，文章中研究者們利用了混合溶劑工藝在三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜反溶劑沖洗的過程中，通過在氯苯（CB）中加入一種弱配位溶劑異丙醇（IPA），發(fā)現(xiàn)異丙醇的加入可以修飾三基團(tuán)鈣鈦礦的表面，通過AFM的測(cè)試發(fā)現(xiàn)IPA可以有效的降低鈣鈦礦表面的粗糙度，同時(shí)SEM的表征結(jié)果表明，IPA加入之后利用混合溶劑可以增大三基團(tuán)鈣鈦礦的晶粒，從而根據(jù)混合溶劑在薄膜生長過程中的作用，作者提出了弱配位作用溶劑在反溶劑沖洗過程中起到了一個(gè)“縫合作用”，通過混合溶劑工藝的可以得到不同的鈣鈦礦晶粒大小的薄膜，并且在后續(xù)過程中通過FTIR以及金相顯微鏡證實(shí)了IPA的存在會(huì)快速的帶走殘留在薄膜上的氯苯并形成更加均勻的結(jié)晶核分布。通過混合溶劑的工藝，作者分析了鈣鈦礦在混合溶劑工程下的成膜機(jī)理，并將三基團(tuán)鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池效率提升到19.3%。參與項(xiàng)目還有電子科技大學(xué)的陳志教授和英國倫敦學(xué)院的巫江博士，文章第一作者為電子科大博士研究生王亞飛。
【圖文導(dǎo)讀】
一 混合溶劑制備工藝、混合溶劑制備鈣鈦礦薄膜UV-Vis、XRD圖譜及太陽能充電機(jī)充電蓄電池性能
（a）混合溶劑制備鈣鈦礦示意圖
（b）不同比例的混合溶劑下三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜紫外可見吸收（400-1000 nm）
（c）IPA、混合溶劑（IPA：CB）和CB沖洗下薄膜在700 nm-800 nm紫外可見吸收
（d）IPA、混合溶劑（IPA：CB）和CB沖洗下薄膜的XRD分析
（e）不同比例的混合溶劑下三基團(tuán)鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池J-V曲線
二 混合溶劑制備鈣鈦礦薄膜半導(dǎo)體性能分析及表面形貌分析
(a)-(c) CB、混合溶劑（IPA：CB）和IPA反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦表面形貌SEM
(d) 不同溶劑沖洗下晶粒大小分布統(tǒng)計(jì)分析
(e) 不同比例的混合溶劑下三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜積分PL強(qiáng)度分析
(f) 不同比例的混合溶劑下三基團(tuán)鈣鈦礦充電機(jī)充電蓄電池理想因子分析
(g) 混合溶劑工藝沖洗下太陽能充電機(jī)充電蓄電池器件截面SEM圖
三 混合溶劑制備鈣鈦礦薄膜AFM圖譜分析
（a）CB反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦AFM圖譜分析
（b）混合溶劑（IPA：CB）反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦AFM圖譜分析
（c）IPA反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦AFM圖譜分析
四 混合溶劑制備三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜生長機(jī)理示意圖及FTIR分析
（a）混合溶劑反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜生長機(jī)理示意圖
（b）CB、混合溶劑（IPA：CB）和IPA反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦退火后FTIR分析
（c）CB、混合溶劑（IPA：CB）和IPA反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦未退火后FTIR分析
五 混合溶劑制備未退火三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜金相顯微鏡圖像分析
（a）未用反溶劑沖洗鈣鈦礦薄膜金相顯微鏡圖像
（b）CB反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦金相顯微鏡圖像
（c）混合溶劑（IPA：CB）反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦金相顯微鏡圖像
（d）IPA反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦金相顯微鏡圖像
六 混合溶劑制備三基團(tuán)鈣鈦礦最優(yōu)光電性能充電機(jī)充電蓄電池J-V曲線及穩(wěn)定性研究
（a）混合溶劑（IPA：CB）反溶劑沖洗制備最優(yōu)性能三基團(tuán)鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池J-V曲線
（b）混合溶劑（IPA：CB）反溶劑沖洗制備三基團(tuán)鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池36h內(nèi)穩(wěn)定性分析
【小結(jié)】
利用加入弱配位溶劑的混合溶劑作為反溶劑沖洗的工藝，成功修飾了三基團(tuán)鈣鈦礦的表面，降低了三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜的粗糙度，擴(kuò)大了三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜的晶粒，成功的制備出了效率為19.3%的穩(wěn)定高效的鈣鈦礦太陽能充電機(jī)充電蓄電池。這項(xiàng)研究分析了弱配位溶劑及其混合溶劑在反溶劑沖洗過程中對(duì)鈣鈦礦薄膜的“縫合”作用，同時(shí)研究和揭示了三基團(tuán)鈣鈦礦薄膜在反溶劑沖洗工藝下的成膜機(jī)理，本項(xiàng)研究有利于深入的應(yīng)用溶劑工程探索鈣鈦礦薄膜生長動(dòng)力學(xué)和提升多基團(tuán)鈣鈦礦光伏器件的性能。
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