一种反式钙钛矿太阳能电池及其电子传输层界面联结结构

1.本实用新型涉及太阳能电池领域，特别涉及一种反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层界面联结结构及反式钙钛矿太阳能电池。


背景技术：

2.钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的新型太阳能电池。随着钙钛矿太阳能电池的研究迅速发展，其光电转换效率也逐步提高，目前接近22％。相比传统的晶体硅电池，钙钛矿太阳能电池的效率上限更高，并且制造成本更为低廉，因为成为具有重大发展前景的新一代太阳能电池。
3.钙钛矿电池的器件结构分为正式结构和反式结构。其中正式结构由下到上包括导电玻璃、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和背电极。而反式结构中传输层材料的位置则与正式结构相反，其制备过程首先在导电玻璃上沉积空穴传输层，然后在钙钛矿薄膜上沉积电子传输层。
4.反式结构钙钛矿太阳能电池因制备工艺更加简单、无迟滞效应、易制备柔性和叠层电池等优点有望走向产业化。然而，反式结构钙钛矿太阳能电池中的能级不匹配和界面缺陷严重影响电荷的传输效率，导致较低的光电转化效率和稳定性。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的上述缺点与不足，本实用新型的目的在于提供一种反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层界面联结结构，有效改善了电子接触层的能级匹配，提升了电子传输效率；进一步抵抗水分子、抑制离子迁移和金属电极扩散，进而提高了的太阳能电池的效率和稳定性。
6.本实用新型的另一目的在于提供一种反式钙钛矿太阳能电池。
7.本实用新型的目的通过以下技术方案实现：
8.一种反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层界面联结结构，依次包括作为第一电子传输层的疏水[6，6]
‑
苯基
‑
c61
‑
丁酸异甲酯(pcbm)层、作为第二电子传输层的氧化锌纳米颗粒层、作为缓冲层的2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
邻二氮杂菲(bcp)层、作为第三电子传输层的氧化锡层。
[0009]
优选的，所述[6，6]
‑
苯基
‑
c61
‑
丁酸异甲酯层的厚度为80～100纳米。
[0010]
优选的，所述氧化锌纳米颗粒层的厚度为150～200纳米。
[0011]
优选的，所述2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
邻二氮杂菲层的厚度为5～8纳米。
[0012]
优选的，所述氧化锡层的厚度为5～10纳米。
[0013]
优选的，所述氧化锡层为采用原子层沉积法沉积的氧化锡层；其原子沉积参数：四(二甲氨基)锡(iv)(tetrakis(dimethylamino)tin(iv))和水作为沉积原料，真空条件下进行原子沉积，温度为80
‑
120℃，循环10
‑
50个。
[0014]
一种反式钙钛矿太阳能电池，包含所述的反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层界
面联结结构。
[0015]
优选的，所述的反式钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明玻璃基底、透明电极层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、钝化层、所述的反式钙钛矿太阳能电池的电子传输层界面联结结构和顶部金属电极。
[0016]
本实用新型采用界面联结的机构，依次为疏水pcbm(第一电子传输层)，高度稳定的氧化锌纳米颗粒(zno nps，第二电子传输层)，高电子亲和力和阻隔空穴的bcp(缓冲层)，超致密原子层沉积的氧化锡(ald
‑
sno2，第三电子传输层)，因而有效改善了电子接触层的能级匹配，提升了电子传输效率；进一步抵抗水分子、抑制离子迁移和金属电极扩散，进而提高了的太阳能电池的效率和稳定性。
[0017]
与现有技术相比，本实用新型具有以下优点和有益效果：
[0018]
1、本实用新型的电子传输层，采用界面联结的机构，有效改善能级匹配，解决了钙钛矿太阳能电池电子传输效率差等问题，显著提升填充因子和开路电压。
[0019]
2、本实用新型的电子传输层，采用界面联结的机构，可有效抑制离子迁移，并防抗水分子和金属电极扩散。
[0020]
3、本实用新型的反式钙钛矿太阳能电池，采用界面联结电子传输层结构，不仅改善太阳能电池界面接触，而且提升了电池的工作稳定性。
附图说明
[0021]
图1为本实用新型的反式钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
[0022]
图2为本实用新型的反式钙钛矿太阳能电池与对照组的j
‑
v曲线图。
[0023]
图3为本实用新型的反式钙钛矿太阳能电池与对照组的稳定性曲线图。
具体实施方式
[0024]
下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0025]
实施例
[0026]
如图1所示，本实施例的反式钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明玻璃基底1、透明导电电极2、空穴传输层3、钙钛矿光吸收层4、表面钝化层5、第一电子传输层6、第二电子传输层7、缓冲层8、第三电子传输层9、金属电极10。其中，第一电子传输层6、第二电子传输层7、缓冲层8、第三电子传输层9构成电子传输层界面联结结构。
[0027]
所述第一电子传输层为疏水pcbm层，厚度为80～100纳米；所述第二电子传输层为高度稳定的氧化锌纳米颗粒层，厚度为150～200纳米；所述缓冲层为高电子亲和力和阻隔空穴的bcp层，厚度为5～8纳米；所述第三电子传输层为超致密原子层沉积的氧化锡，厚度为5～10纳米。
[0028]
本实施例的反式钙钛矿太阳能电池的制备过程如下：
[0029]
(1)先在透明导电电极(玻璃/ito或玻璃/fto)上采用旋涂的方法制备空穴传输层(niox或ptaa)；
[0030]
其中，niox前驱体的制备如下：通过溶解0.25g ni(ococh3)2·
4h2o在10ml无水乙醇和60μl ethanolamine混合溶剂中，并在60℃下加热30分钟，使溶液呈现浅蓝色并清澈透
明。
[0031]
ptaa溶液的制备为：将25mg ptaa在5ml氯苯中溶解。
[0032]
空穴传输层niox或ptaa溶液旋涂的转速分别为4000rpm和6000rpm，转速时间都为30s；如果选择niox作为空穴传输层，退火温度为400℃，退火时间为40分钟；如果选择ptaa作为空穴传输层，退火温度为120℃，退火时间为10分钟。
[0033]
(2)制备钙钛矿层(四元阳离子复合薄膜)和钝化层(二维钙钛矿)，至此，获得“玻璃/透明电极/空穴传输层/钙钛矿层/钝化层”薄膜结构；
[0034]
其中，钙钛矿前驱体溶液的配制如下：把153.6μl mapbbr3溶液(154.1mg mabr和550.5mg pbbr2溶解在0.8ml dmf和0.2ml dmso混合溶剂中)，57.2μl csi和36μl ki(160mg ki溶解在1ml dmf溶剂中)，进一步在40℃条件下加热直至全部溶解。
[0035]
其中，peai溶液的制备为：将1mg peai溶解在1ml异丙醇中。
[0036]
钙钛矿和钝化层溶液旋涂的转速都为4000rpm，转速时间都为40s，退火温度都为100℃，退火时间为20分钟。
[0037]
(3)制备本实用新型最主要的部分—电子传输界面联结接触层：依次旋涂pcbm，zno nps和bcp溶液在上述已制备的薄膜结构上；然后使用原子层沉积法沉积致密的氧化锡薄膜层，最后沉积金属电极层(银)。
[0038]
pcbm溶液的制备：将15mg pcbm溶解在1ml氯苯中；zno nps溶液的制备：将1ml zno nps分散液溶解在1ml异丙醇中；bcp溶液的制备：饱和溶液通过溶解0.2mg bcp固体溶解在1ml异丙醇中。
[0039]
pcbm，zno nps和bcp溶液旋涂的转速分别为2500，4000，4000rmp，时间都为30s，退火温度都为100℃，退火时间为10分钟；原子层沉积氧化锡利用30个循环，原子层沉积温度为100；顶部金属电极的沉积通过热蒸发方法。
[0040]
为了更好说明本实用新型的效果，本实施例将电池结构为“透明导电电极/空穴传输层/钙钛矿层/钝化层/pcbm/缓冲层/金属电极”、电子传输层仅为pcbm层的太阳能电池作为对照组，与本实施例制备的电池结构为“透明导电电极/空穴传输层/钙钛矿层/钝化层/第一电子传输层/第二电子传输层/缓冲层/第三电子传输层/金属电极”的太阳能电池作为实验组，进行对比，其光电性能如图2和表1所示，稳定性曲线如图3所示。由图2和表1可知，实施界面联结结构的太阳能电池的光电参数开路电压(v
oc
)，光电流(j
sc
)和填充因子(ff)都高于对照组器件的参数，得到较高的光电转化效率(pce)，超过20％。由图3可知，在连续光照1000小时之后，实施界面联结结构的太阳能电池的效率仍然保持初始效率的85％以上。然而，对照组器件的仅仅经过500小时的光照，效率快速下降，其效率降至初始效率的75％。由此说明，实施界面联结结构的太阳能电池器件展现出较高的稳定性。
[0041]
表1太阳能电池j
‑
v曲线参数
[0042][0043]
[0044]
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。