一种甜菜碱盐酸盐改性的SnO2基钙钛矿太阳能电池及制备方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于有机无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池(pscs)低成本、简单的制造工艺等优势使其成为光伏领域的研究热点。在短短的十多年时间里，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率就已经从最初的3.8％增加到如今的25.7％。在早期工作中，主要通过组分调控、工艺优化等提高钙钛矿薄膜的质量来提高电池性能。近年来，大量的研究表明，相较于钙钛矿晶体内部缺陷，界面缺陷浓度大约是其100倍，从而限制电池开路电压和光电转换效率的提高。因此，电子传输层和钙钛矿吸光层的界面质量对载流子的提取和降低复合损失至关重要。

2、在平面正型结构中，二氧化锡(sno2)是当下使用最为广泛的电子传输材料，这主要是因为：sno2具有较大的禁带宽度(3.6-4.1ev)，有利于电子的传输和界面的欧姆接触；更好的光学透过率、优异的电子迁移率(240cm2v-1s-1)以及导电性等诸多光电特性；此外，sno2还可采用低温溶液制备的方法。近年来，以sno2为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的效率已经超过25％。

3、但是，在sno2电子传输层的制备过程中，sno2表面极易产生氧空位以及羟基等缺陷，导致sno2和钙钛矿界面处发生非辐射复合，增加载流子的复合损失；除此之外，sno2与钙钛矿之间的能级失配问题会导致严重的开压损失，最终导致器件的性能降低。因此，开发一种优化电子传输层/钙钛矿层界面的方法具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池及制备方法。

3、(二)技术方案

4、根据本发明的一个方面，提供了一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池及制备方法，该方法包括：

5、步骤1、形成甜菜碱盐酸盐改性的sno2溶液；

6、步骤2、在洁净的透明导电基底上旋涂步骤1得到的溶液并退火，形成甜菜碱盐酸盐改性的sno2电子传输层；

7、步骤3、将步骤2样品转移至氮气氛围的手套箱中，在电子传输层上旋涂pbi2溶液并退火，形成pbi2薄膜；

8、步骤4、在pbi2薄膜上旋涂有机盐溶液，然后转移至空气中退火，形成faxma1-xpbi3钙钛矿吸光层；

9、步骤5、将步骤4样品转移回手套箱中，在吸光层上旋涂spiro-ometad溶液，形成空穴传输层；

10、步骤6、在空穴传输层上依次蒸镀三氧化钼(moo3)修饰层和金属ag电极，即得。

11、进一步地，所述甜菜碱盐酸盐改性的sno2溶液是首先将甜菜碱盐酸盐粉末与去离子水按照10mg:1ml比例混合并超声1～3h，形成10mg/ml的甜菜碱盐酸盐水溶液；然后，将甜菜碱盐酸盐水溶液与质量分数2.7wt％的sno2胶体溶液以1：1～1：5的体积比混合，超声1～3h，形成。

12、进一步地，所述洁净的透明导电基底是将导电基底分别经清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗30min并用氮气吹干，然后利用紫外臭氧清洗机处理10～30min。

13、进一步地，步骤2中旋涂速度为3000～5000rpm，旋涂时间为30s，退火条件为温度130～180℃，时间15～30min，空气湿度25～35％rh。

14、进一步地，步骤3中，pbi2溶液是将pbi2粉末、二甲基亚砜(dmso)、二甲基甲酰胺(dmf)按照692mg：100μl：900μl的比例混合，70℃加热搅拌1h形成；所述旋涂速度为1500rpm，旋涂时间为30s，退火温度为70℃，退火时间为1.5min。

15、进一步地，步骤4中，有机盐溶液是将甲脒碘化铵(fai)、甲基氯化铵(macl)、甲基碘化铵(mai)和异丙醇(ipa)按照90mg：9mg：6.39mg：1ml的比例混合，搅拌1h形成；所述旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为30s，退火条件为温度125～150℃，时间15～30min，空气湿度30～40％ rh。

16、进一步地，步骤5中，spiro-ometad溶液是将spiro-ometad粉末、四叔丁基吡啶(tbp)、260mg/ml的li-tfsi乙腈溶液和200mg/ml的fk209乙腈溶液、氯苯按72.3mg：30μl：35μl：40μl：1ml的比例混合形成；所述旋涂速度为3000～4000rpm，旋涂时间为30s。

17、进一步地，上述制备方法得到的甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的结构自下到上依次为透明导电基底、甜菜碱盐酸盐改性的sno2电子传输层、faxma1-xpbi3钙钛矿吸光层、spiro-ometad空穴传输层、moo3修饰层和金属ag电极，其中，透明导电基底为ito或fto玻璃，电子传输层的厚度为15～30nm，钙钛矿吸光层的厚度为600～850nm，空穴传输层的厚度为160～180nm，修饰层的厚度为2～4nm，金属ag电极的厚度为90～120nm。

18、(三)有益效果

19、从上述技术方案可以看出，本发明提供的甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池及制备方法，具有以下有益效果：

20、本发明通过将甜菜碱盐酸盐加入到sno2中，一方面甜菜碱盐酸盐中的cl-与未配位的sn4+成键，减少sno2表面的氧缺陷和表面羟基缺陷，减少界面的非辐射复合；另一方面，甜菜碱盐酸盐中的羧酸基团可以通过酯化反应钝化sno2表面的羟基缺陷，并调控sno2的能级结构，最终显著提高太阳能电池的开路电压、填充因子和光电转换效率。

技术特征：

1.一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述洁净的透明导电基底是将导电基底依次经清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗30min并用氮气吹干，然后利用紫外臭氧清洗机处理10～30min。

3.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述旋涂速度为3000～5000rpm，旋涂时间为30s。

4.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤2中，所述退火条件为温度130～180℃，时间15～30min，空气湿度25～35％rh。

5.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述pbi2溶液是将pbi2粉末、二甲基亚砜(dmso)、二甲基甲酰胺(dmf)按照692mg：100μl：900μl的比例混合，70℃加热搅拌1h形成；所述旋涂速度为1500rpm，旋涂时间为30s，退火温度为70℃，退火时间为1.5min。

6.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述有机盐溶液是将甲脒碘化铵(fai)、甲基氯化铵(macl)、甲基碘化铵(mai)和异丙醇(ipa)按照90mg：9mg：6.39mg：1ml的比例混合，搅拌1h形成；所述旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为30s，退火条件为温度125～150℃，时间15～30min，空气湿度30～40％rh。

7.根据权利要求1所述的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤5中，所述spiro-ometad溶液是将spiro-ometad粉末、四叔丁基吡啶(tbp)、260mg/ml的li-tfsi乙腈溶液和200mg/ml的fk209乙腈溶液、氯苯按72.3mg：30μl：35μl：40μl：1ml的比例混合形成；所述旋涂速度为3000～4000rpm，旋涂时间为30s。

8.根据要求1至7任一所述方法制得的一种甜菜碱盐酸盐改性的sno2基钙钛矿太阳能电池，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的结构自下到上依次为透明导电基底、甜菜碱盐酸盐改性的sno2电子传输层、faxma1-xpbi3钙钛矿吸光层、spiro-ometad空穴传输层、moo3修饰层和金属ag电极，其中，透明导电基底为ito或fto玻璃，电子传输层的厚度为15～30nm，钙钛矿吸光层的厚度为600～850nm，空穴传输层的厚度为160～180nm，修饰层的厚度为2～4nm，金属ag电极的厚度为90～120nm。

技术总结
本申请公开了一种甜菜碱盐酸盐改性的SnO<subgt;2</subgt;基钙钛矿太阳能电池及制备方法，所述太阳能电池的制备过程如下：(1)形成甜菜碱盐酸盐改性的SnO<subgt;2</subgt;溶液；(2)在洁净的透明导电基底上制备甜菜碱盐酸盐改性的SnO<subgt;2</subgt;电子传输层；(3)在电子传输层上制备PbI<subgt;2</subgt;薄膜；(4)在PbI<subgt;2</subgt;薄膜上制备FA<subgt;x</subgt;MA<subgt;1‑x</subgt;PbI<subgt;3</subgt;钙钛矿吸光层；(5)在吸光层上制备Spiro‑OMeTAD空穴传输层；(6)在空穴传输层上依次蒸镀MoO<subgt;3</subgt;和金属Ag电极，即得该钙钛矿太阳能电池。本发明通过甜菜碱盐酸盐改性的SnO<subgt;2</subgt;可以优化电子传输层与钙钛矿层的能级匹配，减少界面的非辐射复合，显著提高太阳能电池的开路电压和光电转换效率。

技术研发人员：孟军华,李艳敏,吴瑞
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13