一、项目实施情况:
一、项目目标任务:
(1)利用12-冠醚-4进行界面修饰处理,提高钙钛矿薄膜质量。
(2)抑制锂离子向钙钛矿薄膜迁移扩散,提高器件性能。
(3)寻找到适合的12-冠醚-4的界面修饰层溶液浓度,使钙钛矿太阳能电池的性能更加稳定。
二、项目过程
实施过程
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2019.11.11-2019.12.05
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确定课题并寻找导师,进入实验室学习相关技能并收集相关的文献资料,在老师指导下制定和完善实验方案及合成路线
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2019.12.06-2019.12.23
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分配小组各成员任务,明白、了解制作钙钛矿太阳能电池器件的流程
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2019.12.25-2019.12.26
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在手套箱内以异丙醇为溶剂分别配制浓度为0 mg/mL、0.5 mg/mL、0.7mg/mL、0.9mg/mL的12-冠醚-4溶液,放置搅拌台充分搅拌至无色透明溶液,备用
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2019.12.27-2019.12.28
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在手套箱内制备钙钛矿薄膜,得到样品1、2、3、4
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2019.12.31-2020.01.02
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用先前制备好不同浓度的溶液修饰钙钛矿薄膜并进行SEM表征和钙钛矿薄膜表面疏水性表征
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2020.01.10-2020.06
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因为疫情在家搜集、整理有关钙钛矿太阳能电池的文献资料,补充相关的背景与专业知识
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2020.06.16
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立项成功
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2020.06.17-2020.09
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整理实验思路,进一步查找文献掌握相关知识
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2020.09.07-2020.09.09
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清洗FTO玻璃,依次用去离子水、丙酮、酒精清洗15分钟
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2020.09.12
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在手套箱内以异丙醇为溶剂分别配制浓度为0 mg/mL、0.5 mg/mL、0.7 mg/mL、0.9 mg/mL的12-冠醚-4溶液,放置搅拌台充分搅拌至无色透明溶液,备用
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2020.09.13
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TiO2量子点及钙钛矿前驱体溶液的制备
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2020.09.14-2020.09.15
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在手套箱内,FTO玻璃上先旋涂TiO2。随后旋涂钙钛矿吸光层。然后用移液枪移取之前配制好的修饰溶液,在钙钛矿层上进行旋涂,退火7分钟,得到样品5、6、7、8
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2020.09.16
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对样品5、6、7、8进行TRPL、UV-vis测试
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2020.09.17
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在手套箱内对四个样品旋涂空穴传输层
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2020.09.19
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对样品5、6、7、8进行镀金
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2020.09.22
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对样品5、6、7、8进行截面FESEM表征
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2020.10.18 -2020.10.23
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第一阶段实验总结
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2020.10.25
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在手套箱内以异丙醇为溶剂分别配制浓度为0 mg/mL;0.5
mg/mL;0.7 mg/mL;0.9 mg/mL 12-冠醚-4界面修饰溶液,放置搅拌台充分搅拌至无色透明溶液,备用
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2020.10.26
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清洗FTO玻璃,依次用去离子水、丙酮、酒精清洗15分钟
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2020.10.28
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制备TiO2量子点及钙钛矿前驱体溶液
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2020.10.29
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在FTO玻璃旋涂 TiO2量子点,之后在手套箱内旋涂钙钛矿层,用移液枪移取不同浓度12-冠醚-4溶液,在钙钛矿层进行旋涂,退火7分钟后,再进行空穴传输层的旋涂,得到样品9、10、11、12
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2020.10.31
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对样品9、10、11、12进行PL表征
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2020.11.2
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对样品9、10、11、12进行镀金
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2020.11.10-2020.11.12
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对样品9、10、11、12进行J-V表征、正扫、反扫J-V表征、UPS表征
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2020.11.13-2021.03.16
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第二阶段实验总结
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2021.03.17-2021.03.25
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利用同上的方法制备0.7 mg/ml 12-冠醚-4修饰溶液修饰的电池样品
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2021.03.27
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对样品9、10、11、12进行FESEM表征
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2021.04.15
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对放置了500小时后的样品进行二次离子飞行时间质谱TOM-SIMS表征
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2021.04.16-2021.04.21
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各制备50个空白器件及0.7 mg/ml 12-冠醚-4修饰溶液修饰的器件
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2021.04.22-2021.04.30
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测试器件效率,制成箱式图
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2021.05.01-至今
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对整组实验数据进行总结和分析,并准备结辩
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三、项目成果
(1)完整制备出0 mg/mL;0.5 mg/mL;0.7 mg/mL;0.9 mg/mL浓度的12-冠醚-4修饰后的钙钛矿太阳能电池器件。
(2)已经通过一些测试方法测试了修饰后的钙钛矿太阳能电池的器件性能。
通过FESEM表征证实引入界面修饰层处理后有效的促进了晶粒长大,粒径均匀化,提高了薄膜质量。同时还对电池器件截面结构进行表征,发现引入界面修饰层溶液前后电池的结构并未发生明显变化,各功能层接触致密,界面清晰。
表面疏水性测试表明经过界面修饰层处理后Perovskite薄膜的表面疏水性能有一定的提高, 有利于提高期间的长期稳定性。
紫外-可见光UV-vis测试表明界面修饰处理的 Perovskite薄膜吸光度有一定的提高,改善了薄膜的光吸收性能。
PL、TRPL测试说明引入界面修饰层处理后Perovskite薄膜的稳态荧光强度和载流子平均寿命得到有效提高,钙钛矿层能够产生更强的荧光强度,载流子寿命提高有利于提升器件光电性能。
J-V、IPCE 等测试表征手段直接表征了PSCs的光电性能、器件稳定性。通过与空白组对比发现加入12-冠醚-4的钙钛矿太阳能器件表现出优异的光电性能和稳定性。
TOF-SIMS测试证明了12-冠醚-4可以有效的抑制Li+向钙钛矿层的迁移扩散过程。
UPS测试则表明界面修饰处理后,改善了Perovskite/HTL之间的能级势垒,优化了能级匹配,提升了器件内的载流子传输性能。
通过箱式图验证了实验的可重复性和可操作性。
(3) 经过对数据整理分析得出12-冠醚-4界面修饰层溶液的最优浓度为0.7 mg/ml,器件对应的Voc为1.15 V、Jsc为22.98 mA·cm–2、FF为77.13%、PCE为 20.44%,较空白器件有所提高。
四、项目心得
通过这一年多实验室的实验经历,我们不仅学习到了实验技能,更重要的是我们学习到了许多知识。在这一年多的时间里,我们经常在一起讨论我们的实验内容,如何改进我们的实验,如何达到我们想要的实验结果。除此之外,我们精确分工,从而大大提高我们的实验进展速度以及效率,让我们有充分的时间来试验多种可能性。然而,实验过程无疑是枯燥的,有的实验可能一做就是12小时,甚至24小时。况且实验存在着不确定性,不可能一次就达到我们想要的实验结果,我们也由此变得更加耐心、细心。最后,我们也感谢指导老师以及学长学姐为我们提供帮助,让我们能够完满的完成这个项目。
二、项目创新点与特色:
本课题探究中,我们创新性的把兼具界面修饰功能和优异Li+捕获能力的12-冠醚-4引入到Perovskite/HTL界面之间。
利用其进行界面修饰处理,提高钙钛矿薄膜质量,降低缺陷态密度、非辐射复合,有效提高钙钛矿的载流子传输性能。
同时还利用12-冠醚-4优异的Li+捕获能力,抑制空穴传输层中的Li+向钙钛矿层的迁移扩散过程,进而提高PSCs器件的光电转化效率和稳定性。
三、项目成果:
项目申请书中的预期成果及成果提交形式
公开发表论文:0(篇),专利:0(项),调查报告:0(份),软件、著作:0(份)实物:120(件),竞赛获奖:0(次),其它:
项目结题时取得的成果
公开发表论文:0(篇),专利:0(项),调查报告:0(份),软件、著作:0(份)实物:0(件),竞赛获奖:0(次),其它:
项目主要研究成果情况
序号 | 成果名称 (获奖名称及等级) | 成果形式 | 作者(获奖者) | 出版社、发表刊物 或颁奖单位 | 时间(刊期) |
四、研究体会和心得:
通过这一年多实验室的实验经历,我们不仅学习到了实验技能,更重要的是我们学习到了许多知识。在这一年多的时间里,我们经常在一起讨论我们的实验内容,如何改进我们的实验,如何达到我们想要的实验结果。除此之外,我们精确分工,从而大大提高我们的实验进展速度以及效率,让我们有充分的时间来试验多种可能性。然而,实验过程无疑是枯燥的,有的实验可能一做就是12小时,甚至24小时。况且实验存在着不确定性,不可能一次就达到我们想要的实验结果,我们也由此变得更加耐心、细心。最后,我们也感谢指导老师以及学长学姐为我们提供帮助,让我们能够完满的完成这个项目。
五、经费使用明细情况:
项目获批总经费:10000(元),项目实际投入经费:0(元),实际使用资金:9950(元),结余资金:-9950(元)
项目经费开支情况
名目 | 用途 | 金额(元) | 备注 |
论文版面费 | 无 | 0 | |
专利申请费 | 无 | 0 | |
调研、差旅费 | 无 | 0 | |
打印、复印费 | 申请书、检查书、各类文献资料的打印 | 100 | |
资料费 | 网上资料检索的费用 | 100 | |
试剂等耗材费 | 导电玻璃、Spiro-OMeTAD、12-冠醚-4、二氧化钛、金粒等基本原料的购买 | 2200 | |
元器件、软硬件测试、小型硬件购置费 | 二次离子飞行时间质谱等表征测试费用 | 7550 | |
其它 | 无 | 0 | |