水氧等离子体快速处理对钙钛矿太阳电池性能的研究

【作者】 曲浩； 王东栋； 陈强；

【机构】 北京印刷学院；

【摘要】 自2012年以来有机无机杂化钙钛矿太阳电池效率不断提高引起了人们的广泛关注。2009年,器件效率为3.8%,到2015年报道的效率已达到20%以上。有研究表明,外界环境湿度会影响钙钛矿层的结晶。Spiro-Me OTAD是钙钛矿太阳电池HTM层最常用的材料,是优良的P型半导体材料,具有较高的空穴迁移率(1×10-5～1×10-4cm2V-1s-1)。未经氧化的spiro层电阻率较高,一般氧化是把旋涂后的HTM层放置在干燥的空气中氧化数小时、几十小时或过夜氧化。若未经空气氧化,那么电池的效率很低或者几乎为零,因此寻找快速氧化钙钛矿太阳电池的方法具有重要意义。本文尝试采用等离子体快速制备高性能钙钛矿太阳电池。我们采用电容耦合水氧等离子体处理钙钛矿太阳电池,促进钙钛矿层的结晶,提高钙钛矿层的质量;氧等离子体处理可以提高器件表面氧粒子的含量,氧粒子促使Spiro-Me OTAD层氧化,提高载流子传输能力,氧化11s获得较好的器件性能,效率为9.81%;而未经氧化的器件效率只有0.01%。与空气中氧化的钙钛矿太阳电池相比,其氧化时间大大缩短,操作简单,其特征在于氧气分子通过碰撞过程激发、解离和电离,产生大量反应活性物种,而整个反应体系保持较低的温度,不会对器件结构造成破坏。氧等离子体氧化能力强于空气或氧气,能快速氧化钙钛矿太阳电池。适量的水可以促进钙钛矿层的结晶,得到更加致密均一的钙钛矿层,从而使器件的效率进一步提高。经过水氧等离子体处理后,器件效率稳定在13%。在钙钛矿太阳电池实际应用,尤其是工业化流水线生产中具有较大的应用价值。更多还原