一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池及其制备方法，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池由于具有较高的功率转换效率以及较低的制造成本而备受关注。其中，反型结构(p-i-n)的钙钛矿电池相比于正型结构(n-i-p)，具有更低的制备温度和制备成本，更加适合于产业化的拓展。作为反型结构中关键的一层材料，空穴传输层备受关注。通常，有机的空穴传输层与沉积在上的钙钛矿层较为匹配，能够获得较优异的性能。但是，有机空穴层价格昂贵，且本征的稳定性较差，与产业化的要求匹配性较低。相反地，无机空穴材料，例如氧化镍(niox)等具有较大的带隙，合适的迁移率，匹配的能级，优异的本征稳定性，较低的成本等诸多优异性能，能够满足规模化的要求。

2、但是，基于氧化镍的等无机空穴材料的反型钙钛矿电池的性能通常是低于基于有机空穴材料的，多数情况是由于较低的开路电压以及较差的稳定性。研究表明，该类衰减的来源主要是，氧化镍材料和钙钛矿膜层的界面存在的电化学反应加速了界面处钙钛矿的降解。另外，钙钛矿中的卤素能够与氧化镍中部分的ni3+反应，在界面处形成缺陷态。缺陷作为载流子的复合中心，能够将部分的载流子限制，从而增加在界面的复合，降低光电性能及器件的稳定性。因此，如何减少钙钛矿膜层的缺陷态，并提升高工作条件下钙钛矿太阳能电池的稳定性，对光伏产业具有重大的意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。

2、针对上述目的所采取的技术方案为：本发明一方面提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

3、(1)前驱体溶液的制备；

4、(2)基底的预处理；

5、(3)空穴传输层的制备；

6、(4)修饰层的制备：苯乙基磷酸(phenethylphosphonic acid)溶解在n，n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂中，旋涂在空穴传输层上得到；

7、(5)钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(pbi2)、溴化铅(pbbr2)、碘化铯(csi)、碘化铷(rbi)、甲眯碘(fai)、甲胺氯(macl)、甲胺溴(mabr)的混合溶液沉积在空穴传输层上，其方式可是旋涂、刮涂、喷涂等，辅助结晶的方式可以是反溶剂滴加、抽真空干燥、加热辅助等方式。待形成薄膜后再退火冷却备用；

8、(6)电子传输层的制备；

9、(7)电极的制备。

10、进一步地，所述步骤(3)电子传输层制备采用的材料是二氧化锡(sno2)、二氧化钛(tio2)、2，9-二甲基-4，7-联苯-1，10-邻二氮杂菲(bcp)、富勒烯(c60)、富勒烯衍生物(pcbm)、氧化锌(zno)材料中的至少一种，其制备方式可以是真空沉积或者是溶液沉积。

11、进一步地，所述步骤(6)的空穴传输层的制备材料为氧化镍(niox)、聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺](ptaa)、me-2pacz(2-(3，6-dimethyl-9h-carbazol-9-yl)ethyl)phosphonic acid)、me-4pacz(cas：2747959-96-0)、(2-(3，6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸(meo-2pacz)、(2-(9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸(2pacz)中的一种或几种的混合物材料或几种形成的叠层材料，所述空穴传输层为真空沉积或者是溶液沉积制得。

12、进一步地，钙钛矿太阳能电池的转化效率为17.22％。

13、进一步地，所述步骤(2)基底的预处理方法：将基底在去离子水中超声清洗，再置于有机溶剂中超声清洗，吹干后放在紫外臭氧处理器中处理。

14、另一方面，提供了一种通过上述制备方法制得的钙钛矿太阳能电池。

15、本发明选择利用修饰层对空穴传输层膜层进行后处理的方式，此方案减少了空穴层和钙钛矿薄膜界面的缺陷密度，提升电池的性能和稳定性。

16、有益效果：本发明方法进行制备了界面修饰的钙钛矿电池，有效降低膜层的缺陷态密度，相对未处理的钙钛矿电池，效率提升了7.2％，且光照稳定性得到了大幅提升。

17、我们利用苯乙基磷酸(phenethylphosphonic acid)材料对氧化镍膜层进行修饰，在钙钛矿和氧化镍之间插入了一层分子薄层的苯乙基磷酸材料。该材料具有的磷酸根可以与niox层进行锚定，并有效地对niox界面的缺陷进行钝化，减少了复合中心，并在一定程度上阻止了钙钛矿和niox材料的直接接触，防止卤素在界面的扩散形成缺陷，大大提升了光电性能和稳定性。修饰材料除对niox具有良好的效果之外，该材料对meo-2pacz的空穴传输层，也具有较好的效果。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括前驱体溶液的制备、基底的预处理、空穴传输层的制备、钙钛矿膜层的制备、电子传输层的制备、电极的制备，其特征在于：还包括空穴传输层修饰膜层的制备，所述空穴传输层修饰膜层为将苯乙基磷酸利用溶液法沉积在空穴传输层上。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿膜层的制备具体为：(1)将碘化铅、溴化铅、碘化铯、碘化铷、甲眯碘、甲胺氯、甲胺溴的混合溶液沉积在空穴传输层上，沉积方式为旋涂、刮涂、喷涂中的一种；

3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：电子传输层制备采用的材料是二氧化锡、二氧化钛、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲、富勒烯、富勒烯衍生物、氧化锌材料中的至少一种，其制备方式可以是真空沉积或者是溶液沉积。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：空穴传输层的制备材料为氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、me-2pacz、me-4pacz、(2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸、(2-(9h-咔唑-9-基)乙基)膦酸中的一种或几种的混合物材料或几种形成的叠层材料，所述空穴传输层为真空沉积或者是溶液沉积制得。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：钙钛矿太阳能电池的转化效率为17.22％。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：基底的预处理方法：将基底去离子水中超声清洗，再放置于有机溶剂中超声清洗，吹干后放在紫外臭氧处理器中处理。

7.一种权利要求1～6任一项所述制备方法制得的钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，制备方法包括前驱体溶液的制备、基底的预处理、空穴传输层的制备、钙钛矿膜层的制备、电子传输层的制备、电极的制备，还包括空穴传输层修饰膜层的制备，所述空穴传输层修饰膜层为将苯乙基磷酸利用溶液法沉积在空穴传输层上。本发明有效降低膜层的缺陷态密度，相对未处理的钙钛矿电池，效率提升了7.2%，且光照稳定性得到了大幅提升。

技术研发人员：朱嘉,陈传露,朱鹏臣
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15