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湿度对钙钛太阳能电池性能及其稳定性的影响

蒋佳佳;曹方旭;王亢;谭斌;陶海军

【摘要】本文在不同湿度的空气中采用两步旋涂法制备钙钛矿太阳能电池并对电

池进行稳定性测试,系统地研究了湿度对电池性能及其稳定性的影响.研究结果表明:

随着制备环境湿度的增大,PbI2薄膜与钙钛矿薄膜覆盖率下降,导致电池吸光性能和

光电转换效率的降低;将电池置于不同湿度的空气中30天后,湿度越大,电池效率下

降越快,且电池稳定性的降低主要是由于钙钛矿发生了分解.%Inthis

work,perovskitesolarcellwasfabricatedthroughtwo-stepspin-coating

processunderairconditionwithvariedhumidity.Thestabilityofthesolar

cellwastheninvestigated.ItwasrevealedthatthecoverageofPbI2film

andtheperovskitefilmreducedwiththeriseofairmoisture,leadingtothe

decreaseoflightabsorptioncapacityandsolarcellefficiency.Uponbeing

exposedfor30daystoairconditionwithdifferenthumidity,thecell

efficiencybecamefurtherweakerwithhigherambienthumidity.The

decreasedstabilityofthecellwasmainlyattributedtothedecomposition

ofperovskitephase.

【期刊名称】《材料科学与工程学报》

【年(卷),期】2017(035)002

【总页数】6页(P181-186)

【关键词】钙钛矿太阳能电池;两步旋涂法;湿度;稳定性

【作者】蒋佳佳;曹方旭;王亢;谭斌;陶海军

【作者单位】;;;;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京211100;江苏省

光伏科学与工程协同创新中心,常州大学,江苏常州213164

【正文语种】中文

【中图分类】T914.4

太阳能电池经过多年的发展，有晶硅太阳电池[1]，非晶硅薄膜太阳能电池(GaAs,

CdTe,CuInGaSe)[2]以及染料敏化太阳电池[3]三种类型，而钙钛矿太阳能电池作

为一种新型的太阳能电池，由于采用有机无机杂化CH3NH3PbX3(X=I、Br、Cl)

材料，具有易成膜、窄带隙、吸光性能好、载流子迁移率高的优点[4-6]。对于钙

钛矿太阳能电池的研究，主要可分为钙钛矿太阳电池制备方法、钙钛矿材料、空穴

传输材料以及电池结构几个方向。通过这些研究，钙钛矿太阳能电池发展迅速，根

据美国可再生能源实验室必威体育精装版公布的电池效率数据，钙钛矿太阳能电池最高认证效

率已经达到20.1%[7]。

在钙钛矿太阳能电池制备方法的研究中，两步旋涂法由于可以控制钙钛矿颗粒的大

小，深受研究人员的青睐。虽然两步旋涂法可以制备高效率的钙钛矿太阳能电池，

但是钙钛矿容易在水分的作用下分解，研究人员通常在无水分的手套箱中制备电池。

无水的环境对工业化生产的设备要求过高，因此了解电池制备过程中空气湿度对电

池的影响将对以后的工业化生产具有重要的意义。根据wozny等[8]的报道，在潮

湿空气中采用一步溶液法制备钙钛矿太阳能电池，空气中的水分对钙钛矿薄膜的结

晶性、形貌以及光学性能都有所损害，从而降低电池效率。与一步溶液法不同，两

步旋涂法过程中的PbI2薄膜与钙钛矿薄膜分步形成，湿度对它们的影响各不相同，

需要分别进行研究。

湿度不仅在制备过程中对钙钛矿太阳能电池性能产生影响，对电池服役时的稳定性

也会有所影响。Niu等[9]指出在潮湿的空气中，由于水分和氧气的共同作用，钙

钛矿发生不可逆的分解，电池效率下降。将电池放置在潮湿空气中进行连续性测试，

能够更加深入地了解湿度对电池稳定性的影响。

对于钙钛矿太阳能电池，其制备与服役环境通常不可避免地存在湿度这一因素。本

工作首先在不同湿度的空气中采用两步旋涂法制备钙钛矿太阳能电池，系统地研究

湿度对PbI2薄膜、钙钛矿薄膜以及电池性能的影响。其次将电池放置在不同湿度

空气中进行稳定性测试，