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摘要
钙钛矿太阳能电池被誉为光伏领域的新希望,服务于国家"双碳"目标的战略发展。我们的报告内容主要包括以下四个方面:钙钛矿材料和器件的理论研究,钙钛矿薄膜的性质调控,钙钛矿太阳能电池的器件结构优化,以及钙钛矿材料在其他光电器件中的应用。在材料和器件理论方面,我们系统研究了钙钛矿中不同缺陷种类的形成能、缺陷类型等性质,通过光照、应力、钝化等外部条件来调控缺陷形成能、离子迁移能以及钙钛矿的能带结构和电学性质。在界面研究方面,对钙钛矿/氧化物、钙钛矿/二维材料、钙钛矿/钙钛矿(3D/2D,2D/2D)异质结进行了详细的理论研究,探究了异质结对分子结构、电荷转移、材料光电性能的影响。在叠层电池方面,从理论方面研究了钙钛矿/铜铟镓硒、钙钛矿/砷化镓、钙钛矿/硅叠层太阳能电池。探索了全无机钙钛矿/砷化镓叠层电池在空间太阳能里的应用,在AM0条件下实现了27.23%的效率。在钙钛矿薄膜优化方面,我们提出自上而下的扩散钝化方法和自下而上的氧化物/钙钛矿异质结调控策略。钝化材料包括大有机阳离子PEAI,强电子受体分子,含CF3的钝化材料以及大分子和离子混合钝化材料等,这些钝化材料能够在实现更好的光电性能的同时,提高钙钛矿器件的稳定性。氧化物/钙钛矿异质结调控,主要是通过调控氧化物与钙钛矿之间的晶格匹配度,释放钙钛矿晶体应力,实现低缺陷高质量的钙钛矿薄膜。同时可以获得更加匹配的能带结构,提高电荷的提取和传输,提升器件性能和稳定性。在器件结构和界面优化方面,我们采用了低温氧化镍,低温氧化锌,将制备温度降到150-250度,同时保持较高的器件效率。通过采用传输层处理技术和双层电子传输材料方法,我们缓解了界面晶格畸变,增强了界面作用力最终提升了器件效率和稳定性。最后,进一步探索了钙钛矿材料在其他光电器件(X射线探测、粒子探测及存储器)中的应用。
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