基于钙钛矿太阳能电池的MOS结构制备及特性研究

As one of ideal material for low-cost and efficient solar cells, the perovskite (PVK) has a high carrier mobility as inorganic material, and high absorption coefficient and solution processing advantages as the organic material. in this project, the perovskite-based MOS structures are fabricated and characterized for solar cell electrical based on the current situation and development direction of domestic and foreign perovskite optoelectronic devices.Firstly, the theoretical model of MOS structure will be established. Then different oxide materials (TiO2, MoO3) will be select for the metal / oxide / PVK structures.The MOS structures will be measured by scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), variable temperature Hall measurements, temperature frequency capacitance-voltage (CV) Testing and variable temperature current-voltage (IV) test and other test and analysis.The parameters of MOS structures such as band structure, the interface defect density and current transport mechanism will be extracted, on which, the model and design of MOS structure for PVK solar cells will be optimized.

钙钛矿材料（PVK）既具有无机材料高载流子迁移率，又兼有机材料高吸收系数和溶液加工优势，是开发高效低成本太阳能电池的理想材料之一。本项目基于目前国内外钙钛矿光电器件研究现状和发展方向，开展钙钛矿基太阳能电池中MOS结构电学特性的研究。具体地针对光伏器件中基本组成结构单元之一的MOS结构，通过理论计算建立理想模型，并选择不同的氧化物材料（TiO2，MoO3），分别制备金属/氧化物/PVK结构。通过扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、X射线光电子能谱（XPS）、变温霍尔测试，变温变频电容电压（C-V）测试和变温电流电压（I-V）测试等测试分析，提取MOS结构的能带结构、界面缺陷密度和电流输运机制等特性，建立用于PVK太阳能电池的MOS结构器件理论模型，优化MOS结构制备工艺。从而有助于从根本上推动钙钛矿电池能技术的持续发展。

钙钛矿材料（PVK）既具有无机材料高的载流子迁移率，又兼有有机材料高吸收系数和溶液加工优势，同时具有载流子扩散长度长以及禁带宽度可调等优异特性，在太阳能电池、光电晶体管和光电探测器等方面有巨大的应用前景。基于前人的研究，本文制备并研究了钙钛矿金属-氧化物-半导体（MOS）电容探测器的电学特性，主要研究成果如下：.1.制备钙钛矿MOS电容并分析了何种极性的离子在MOS电容中起作用，以及对离子对钙钛矿MOS电容的参数影响进行研究。研究证明，在低频时积累区电容为SiO2的电容，而在高频（>1MHz）时，计算得到的总积累区电容为110pF，此理论值与电容-电压（C-V）测试的结果吻合。表明PVK是弱p型半导体，离子的作用主要体现暗态下。由于离子的作用，反型区的电容曲线出现回滞现象。而在光照下，迟滞曲线消失，说明光照下产生大量的光生载流子屏蔽了离子的作用。电流-电压（I-V）曲线中也存在回滞现象。不加电压时，钙钛矿处于本征状态。外加负栅压时，光照和暗态的C-V曲线没有发生变化，说明负栅压下正离子（MA+或Pb2+）并没有影响MOS电容的电学特性。外加正栅压后，如果不考虑离子的作用，钙钛矿会进入反型区，电容值会随着电压的增加而增加。但是实际测量的C-V曲线在光照会进入反型区，而在暗态下会处于深耗尽的状态。这是由于，负离子会在电场作用下运动到钙钛矿和绝缘层的界面，从而展宽了空间电荷区，使C-V曲线一直处于深耗尽状态。当C-V曲线反向扫描时，耗尽区的电子会迅速填充，总电容会迅速增加。.2.制备了有无PCBM掺杂的Au/CH3NH3PbI3-xClx/SiO2/Si MOS电容器件并对器件材料和电学特性进行了分析。无PCBM掺杂的MOS电容的电学特性，从CV和IV曲线都可以看出，暗态电流下曲线有明显的滞回现象，这是因为暗态电流下，载流子数相对较少，一定数量的离子移动对器件的影响很大，造成了曲线的滞回效应，而光照下光生载流子数量巨大，屏蔽了离子移动带来的效应，故滞回现象不明显。通过研究发现在PVK中掺杂一定浓度的PCBM可以有效的抑制离子移动，减少迟滞现象。

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