含氟功能材料对电池性能的影响研究

【作者】 朱红伟； 刘红丽； 王世荣； 李祥高；

【机构】 天津大学；

【摘要】 随着钙钛矿电池效率超过25%,电池的稳定性是目前最亟待解决的问题。钙钛矿薄膜表面存在的大量缺陷,最常用空穴传输材料spiro-OMeTAD中的添加剂(Li-TFSI和tBP)带来的吸湿性,及添加剂Li-TFSI中锂离子的迁移是钙钛矿电池不稳定的重要原因。开发一种新的全新的方法同时解决以上所有问题,是十分重要研究方向。为了较好地同时解决了以上问题。首先,采用对三氟甲基苯甲胺碘(TFMBAI)修饰钙钛矿/spiro-OMeTAD界面,研究表明TFMBAI在钙钛矿表面形成了一层厚度约5nm的无定形薄膜。这层薄膜在这里可以起到四种作用:一是钝化钙钛矿表面的缺陷;二是可以作为电子阻挡层抑制电子从钙钛矿层向空穴传输层的转移;三是可以作为锂离子的阻挡层抑制锂离子进入钙钛矿层对钙钛矿的腐蚀作用;四是提高钙钛矿表面的疏水性。然后,为了抵消spiro-OMeTAD中Li-TFSI和tBP带来的吸湿性,同时维持原来体系的正常高效的运作,在spiro-OMeTAD中加入对三氟甲基吡啶(TFP)。测试表明TFP不改变spiro-OMeTAD的导电率,电荷提取能力及成膜性,但能极大的提高spiroOMeTAD层的疏水性。在TFMBAI和TFP的协同作用下,电池效率的达到了23.94%,更重要的是电池稳定性得到了巨大提升:在最大功率点处,一个太阳标准光源持续照射500小时后,电池还能保持原始效率的95.6%。在60-70%湿度环境下经过45天的测试,电池效率仅降低了3%。本研究为提高电池稳定性并同时保持电池高效运行提供了全新的解决方案,可以为开发新的界面修饰材料和空穴传输层用疏水添加剂提供重要的参考。更多还原