一种钙钛矿太阳电池n/i界面的修饰方法

本发明涉及光电功能材料与器件。本发明涉及一种钙钛矿太阳电池n/i界面的修饰方法，n/i界面修饰层的引入能够大幅度改善钙钛矿太阳电池器件的性能，更重要的是，涉及到了钙钛矿底界面的优化问题。

背景技术：

1、在新兴的太阳电池中，钙钛矿太阳电池在近十几年内经历了一个快速的发展。单结钙钛矿太阳电池的效率从2009年的3.8%快速提高至如今的25.7%，几乎接近制备技术已十分成熟的单晶硅电池的效率。由于优异的光电半导体性能，如高光吸收系数，可调带隙，低激子结合能，较长的载流子寿命和扩散长度，以及可以通过低温溶液制备的低廉成本，钙钛矿太阳电池在光电领域具有十分广阔的应用前景。

2、目前在n-i-p型钙钛矿太阳电池中最常用的两种无机电子传输层（etl）材料是：二氧化钛（tio2）和二氧化锡（sno2）。相比于需要高温退火且具有明显迟滞效应的tio2，sno2因为高达240 cm2v-1s-1的电子迁移率、可低温制备以及良好的化学稳定性等优异特性，被认为是更有潜力的电子传输层材料。

3、尽管钙钛矿太阳电池的转换效率已经实现了显著的进步，但是距离超过30%的shockley-queisser理论极限还存在较大提升空间，而且器件的长期运行稳定性也没有得到彻底解决，这也阻碍了钙钛矿太阳电池的大规模商业化。在钙钛矿太阳电池的重要表征参数中，目前的短路电流密度已接近理论值，所以想要进一步提升转换效率，将需要通过减少非辐射复合来提高开路电压和填充因子。以往的研究表明，表界面处大量的缺陷是造成非辐射复合和开路电压损失的重要因素。目前，关于钙钛矿上表面钝化已经具有十分成熟的方法和多样的材料，例如铵盐、路易斯酸碱、聚合物等，而钙钛矿底界面钝化的相关研究较少。

4、但是，有报道表明，钙钛矿底界面的缺陷密度甚至要高于钙钛矿上表面，会严重阻碍载流子的传输以及导致严重的能量损失。此外，在sno2的制备过程中，也会不可避免的引入许多缺陷，如表面悬挂键、羟基以及两种典型的o空位和sn间隙杂质，其不仅会导致非辐射复合，还会阻碍电子的高效提取和传输。同时，sno2表面的形貌和浸润性会影响其上沉积的钙钛矿薄膜的质量，与钙钛矿之间不匹配的物理性质也会造成显著的界面残余应力，从而影响钙钛矿太阳电池的效率和稳定性。总之，对钙钛矿底界面进行有效调控对于进一步提高器件性能是十分关键的。

5、研究表明，钙钛矿底界面钝化有助于提高器件效率。然而，这些方法存在一定的局限性。例如，由于缺乏对钙钛矿底界面进行直接表征的技术，钝化机理尚不完全清楚；由于钙钛矿溶剂的较强极性，底界面处的钝化分子可能会在后续沉积钙钛矿时被破坏。因此，探索一种简便的钝化方法并对其机理进行研究是重要且具有挑战性的。

技术实现思路

1、（一）发明目的

2、本发明旨在通过在n/i界面处引入甲酸甲脒（fafa）修饰层，发现其不仅可以钝化界面缺陷，提高界面接触性能，还可以提高钙钛矿薄膜结晶质量和改善电子传输层导电率，从而进一步提升钙钛矿太阳电池的性能。

3、（二）技术方案

4、本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：

5、一种钙钛矿太阳电池，包括透明导电衬底、电子传输层、n/i界面修饰层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极，其中所述n/i界面修饰层为甲酸甲脒材料，所述甲酸甲脒材料分子结构为。

6、所述钙钛矿太阳电池为常规钙钛矿太阳电池，所述n/i界面修饰层制备在电子传输层与钙钛矿活性层中间。

7、所述的钙钛矿太阳电池，其中，所述n/i界面修饰层fafa的制备方法包括以下步骤：

8、s1：分别用精密天平称取1-20 mg的甲酸甲脒材料溶于1 ml的有机溶剂中直至完全溶解，配备出不同浓度的fafa溶液进行比较；所述有机溶剂包括但不限于ipa；

9、s2：将配制好的fafa溶液以1000-4000 rpm的转速旋涂于制备好的电子传输层上20-60 s，并在80-150℃退火5-20 min。

10、所述的钙钛矿太阳电池，其中，fafa修饰可有效提高器件的短路电流、开路电压、填充因子、光电转换效率等光伏参数。

11、所述的fafa修饰层，其中，可有效降低电子传输层sno2薄膜的表面粗糙度，更容易在其上沉积得到高质量的钙钛矿薄膜。

12、所述的fafa修饰层，其中，能够有效减少电子传输层sno2薄膜表面缺陷，达到提高电子传输层导电率的效果。

13、所述的fafa修饰层，其中，能够通过调节生长过程，获得高质量的钙钛矿薄膜，使得钙钛矿薄膜底表面的孔隙减少、表界面的粗糙度降低，同时钙钛矿结晶质量也有所提升。

14、所述的fafa修饰层，其中，能够在n/i界面处构造化学桥从而调高界面接触性能。

15、所述的fafa修饰层，其中，能够有效减少钙钛矿薄膜中的缺陷密度，抑制非辐射复合。

16、（三）有益效果

17、本发明提供的一种钙钛矿太阳电池n/i界面的修饰方法，在电子传输层和钙钛矿活性层中间引入甲酸甲脒（fafa）修饰层可以通过静电相互作用钝化电子传输层表面的缺陷，提高电子传输层的导电率，还可以调节钙钛矿结晶过程，获得高结晶性、低缺陷密度的高质量钙钛矿薄膜，此外还能通过化学桥接电子传输层和钙钛矿活性层来优化界面接触性能，进而大幅度提升太阳电池器件的性能。本发明为常规钙钛矿太阳电池的n/i界面修饰提供了一种新的思路，为进一步提高常规钙钛矿太阳电池的性能提供了一个广阔的前景。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳电池，包括透明导电衬底、电子传输层、n/i界面修饰层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述n/i界面修饰层fafa的制备方法包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，fafa修饰可有效提高器件的短路电流、开路电压、填充因子、光电转换效率等光伏参数。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，fafa能有效降低电子传输层sno2薄膜的表面粗糙度，更容易在其上沉积得到高质量的钙钛矿薄膜。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，fafa能显著减少电子传输层sno2薄膜表面缺陷，达到提高电子传输层导电率的效果。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，fafa界面修饰能够通过调节生长过程，获得高质量的钙钛矿薄膜，使得钙钛矿薄膜底表面的孔隙减少、表界面的粗糙度降低，同时钙钛矿结晶质量也有所提升。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，fafa界面修饰能够在n/i界面处构造化学桥从而调高界面接触性能。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，fafa界面修饰能够有效减少钙钛矿薄膜中的缺陷密度，抑制非辐射复合。

技术总结
本发明提供一种钙钛矿太阳电池n/i界面的修饰方法，钙钛矿太阳电池包括透明导电衬底、电子传输层、n/i界面修饰层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极，所述n/i界面修饰层为甲酸甲脒材料，所述甲酸甲脒材料是同时包括羧基和氨基化合物的修饰层。本发明通过该界面修饰层，可有效提高电子传输材料的电学性质，钝化电子传输层表面的缺陷。此外，甲酸甲脒还可以通过在n/i界面处构造化学桥从而提高界面接触性能，并通过调节钙钛矿生长过程获得高质量的钙钛矿薄膜。同时，该修饰层对于器件的开路电压、短路电流密度、填充因子、光电转换效率都有显著的提升作用；本发明提出的修饰方法为制备高效的常规钙钛矿太阳电池提供了一个广阔前景。

技术研发人员：丁毅,王雅,韩梅斗雪,侯国付,赵颖,张晓丹
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13