PVP封端電紡CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜的制備、表征及其在鈣鈦礦太陽能電池中的應用

由于混合鹵化鉛鈣鈦礦固有的水分不穩定性問題，使用聚合物添加劑提高這些材料的水分穩定性成為當前的一個重要研究課題。實踐證明，太陽能電池吸收層上的聚合物工程顯著提高了其化學穩定性和整體器件性能。本研究通過靜電紡絲方法制備了原始和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）聚合物封端的CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜。使用X射線衍射儀進行的結構研究表明，在合成過程中使用PVP時，平均微晶尺寸從66.05nm急劇下降到39.69nm。在顯微分析中也觀察到類似的趨勢，這表明與CH3NH3PbCl3原始薄膜相比，添加PVP的CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜的粒徑減小。PVP的存在使薄膜的表面覆蓋率和均勻性大大提高。能量色散X射線分析顯示，該薄膜的氧含量比純薄膜要高出約16%，即PVP阻礙了鈣鈦礦薄膜中水分的影響，這也是本工作的主要目標。此外，還使用UV-Vis-NIR光譜儀的漫反射模式分析了其光學特性。最后，通過SCAPS-1D模擬器證實了可使用CH3NH3PbCl3作為Glass/FTO/CH3NH3PbCl3/CH3NH3SnI3/Spiro-OMeTAD/Au結構鈣鈦礦太陽能電池的電子傳輸層。上述電池的功率轉換效率（PCE）為21.65%，填充因數（FF）為72.21%，短路電流密度（Jsc）為32.44mA/cm2，開路電壓（Voc）為0.924V。

圖1.制備過程示意圖。

圖2.有無PVP時CH3NH3PbCl3薄膜的XRD圖譜。

圖3.有無PVP的CH3NH3PbCl3薄膜老化36天后的XRD圖譜。

圖4.（a-c）不存在和（d-f）存在PVP時CH3NH3PbCl3薄膜的FESEM顯微照片。

圖5.（a）不存在和（b）存在PVP時CH3NH3PbCl3薄膜的EDX映射。

圖6.（a）不存在和（b）存在PVP時CH3NH3PbCl3薄膜的拉曼光譜。

圖7.純薄膜和PVP輔助CH3NH3PbCl3薄膜的光致發光光譜。

圖8.純薄膜和PVP輔助CH3NH3PbCl3薄膜的Tauc圖。

圖9.所提出器件的結構示意圖。

圖10.所提出的鈣鈦礦太陽能電池的J-V曲線，其中以PVP:CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜為ETL（電子傳輸層）。

圖11.所提出的鈣鈦礦太陽能電池的QE-λ曲線。

圖12.以純CH3NH3PbCl3鈣鈦礦薄膜作為ETL的鈣鈦礦太陽能電池的J-V曲線。