多肽材料钝化层、钙钛矿太阳能电池及制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，特别是关于多肽材料钝化层、钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、太阳能被认为是21世纪最有发展潜力的新能源，2013年被评为国际十大科技进展之一。在过去的十几年里，太阳能被认为是替代传统化石燃料的有效途径之一，在众多的光伏器件中，钙钛矿太阳能电池的转化效率提升飞快，光电转换效率在短短十几年内从最初的3.8％迅速提高到25.4％，从而成为太阳能领域的研究热点。

2、钙钛矿太阳能电池，是采用有机金属卤化物半导体作为吸光层，这种钙钛矿型结构的材料具有高吸收系数、长载流子寿命、高载流子迁移率、低激子结合能和可调带隙等优异的光电特性而备受关注。

3、其中界面钝化工程由于工艺流程简单、成本较低而备受欢迎，其主要原理是利用有机小分子中含有不同官能团对界面之间的缺陷进行钝化，因为有机分子中有许多基团可以与钙钛矿中存在阴阳离子进行配位，如氨基可以与钙钛矿中的碘离子结合；抑制离子迁移；羰基与钙钛矿表面的阳离子缺陷(fa+、ma+、pb2+)形成配位；苯环具有一定的疏水性可以抑制钙钛矿的分解。氨基酸有较丰富的特殊官能团，能够有效钝化钙钛矿表面缺陷；

4、因此，现有的钙钛矿太阳能电池存在以下问题；

5、1)、钙钛矿太阳能电池的效率仍然较低，主要原因是钙钛矿界面之间的肖特基接触。钙钛矿薄膜晶界和表面以及界面处存在着大量的缺陷，这些缺陷会导致钙钛矿分解和非辐射电荷复合，严重影响钙钛矿太阳能电池的光伏性能和长期稳定性。鉴于此各种提高钙钛矿薄膜质量、降低界面接触电阻的研究成为热点，如抗溶剂工程、界面修饰工程和添加剂工程。

6、2)、单一的氨基酸所含的官能团种类及数量有限，器件整体表现出较低的重复性和较高的偏差性。

7、3)、无封装条件下，环境稳定性较低。

8、因此，用含有多种官能团的多肽材料来钝化钙钛矿界面处的缺陷，对钙钛矿电池效率具有很大的提升。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供多肽材料钝化层、钙钛矿太阳能电池及制备方法，其能够在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层和空穴传输层之间引入多肽钝化层，界面钝化层的引入不仅降低了空穴传输层/钙钛矿之间的接触电阻，促进了载流子的有效传输，还对钙钛矿的晶体结构产生了很大的影响，其中钙钛矿大尺寸晶粒明显增加，缺陷态密度和界面接触电阻减少，而且具有良好的环境稳定性。

2、为实现上述目的，本发明的实施例提供了多肽材料钝化层、钙钛矿太阳能电池及制备方法，一种多肽材料钝化层，包括多肽材料，所述多肽材料包括fmoc保护基团和两种或多种不同种类氨基酸，所述多肽材料通式为fmoc-abcd……-端基，所述端基包括-nh2或-cooh。

3、在本发明的一个或多个实施方式中，所述fmoc-abcd……-结构式中的abcd……包括甘氨酸、丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸、脯氨酸、色氨酸、丝氨酸、酪氨酸、半胱氨酸、苯丙氨酸、天冬酰胺、谷氨酰胺、苏氨酸、天门冬氨酸、谷氨酸、赖氨酸、精氨酸和组氨酸钟其中的任意一种。

4、一种钙钛矿太阳能电池，包括如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池主体上覆盖的多肽材料钝化层，所述钙钛矿太阳能电池为正式结构钙钛矿太阳能电池或反式结构钙钛矿太阳能电池。

5、在本发明的一个或多个实施方式中，所述正式结构钙钛矿太阳能电池包括透明导电层、电子传输层、界面钝化层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述透明导电层、电子传输层、界面钝化层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极均依次层叠。

6、在本发明的一个或多个实施方式中，所述反式结构钙钛矿太阳能电池为透明导电层、空穴传输层、界面钝化层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极，所述透明导电层、空穴传输层、界面钝化层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极均依次层叠。

7、钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述反式结构钙钛矿太阳能电池包括以下步骤：

8、s1、准备基底；将导电玻璃进行刻蚀和清洗，并使用气枪吹干，再进行紫外臭氧处理其表面，得到基底；

9、s2、在基底上制备氧化镍空穴传输层：配置氧化镍溶液，采用匀胶机利用旋涂法并使用移液枪吸取氧化镍溶液滴于基底上，并退火；

10、s3、在氧化镍空穴传输层上制备多肽材料钝化层；配置多肽溶液；取3mg的多肽溶于1ml的dmf溶液中，并使用水系滤头进行过滤。

11、配置完成后，采用匀胶机利用旋涂法进行旋涂将多肽溶液滴在导电玻璃上，旋涂结束后将导电玻璃放在热台上，进行加热；

12、s4、在多肽材料钝化层上制备钙钛矿吸光层；配置钙钛矿前驱体溶液，配置完成后，采用匀胶机利用旋涂法将钙钛矿前驱体溶液滴在导电玻璃上，再滴加乙酸乙酯，旋涂结束后将导电玻璃放在热台上，进行加热；

13、s5、在钙钛矿吸光层上制备电子传输层：将富勒烯衍生物溶解于氯苯中，并进行搅拌，采用匀胶机在钙钛矿吸光层上旋涂一层富勒烯衍生物的氯苯溶液，再利用旋涂法旋涂一层浴铜灵

14、s6、制备金属电极层：使用蒸发镀膜仪在空穴传输层上蒸镀50nm的ag或au。

15、钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述正式结构钙钛矿太阳能电池包括以下步骤：

16、s1、准备基底；将导电玻璃进行刻蚀和清洗，并使用气枪吹干，再进行紫外臭氧处理其表面，得到基底；

17、s2、在基底上制备二氧化钛电子传输层：配制钛酸四丁酯溶液，采用匀胶机利用旋涂法并使用移液枪吸取溶液滴于基底上，并退火。

18、s3、在二氧化钛电子传输层上制备多肽材料钝化层；配置多肽溶液；取3mg的多肽溶于1ml的dmf溶液中，并使用水系滤头进行过滤。

19、配置完成后，采用匀胶机利用旋涂法进行旋涂将多肽溶液滴在导电玻璃上，旋涂结束后将导电玻璃放在热台上，进行加热；

20、s4、在多肽材料钝化层上制备钙钛矿吸光层；配置钙钛矿前驱体溶液，配置完成后，采用匀胶机利用旋涂法将钙钛矿前驱体溶液滴在导电玻璃上，再滴加乙酸乙酯，旋涂结束后将导电玻璃放在热台上，进行加热；

21、s5、在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层：将spiro-ometad溶解于氯苯中，并进行搅拌，采用匀胶机在钙钛矿吸光层上旋涂一层spiro-ometad。

22、s6、制备金属电极层：使用蒸发镀膜仪在空穴传输层上蒸镀50nm的ag或au。

23、在本发明的一个或多个实施方式中，所述基底为fto或ito。

24、在本发明的一个或多个实施方式中，所述s4中钙钛矿前驱体溶液的配置方法为，将fai、mabr、pbbr2和pbi2溶于2mldmso和8ml的dmf混合溶液中，并进行搅拌，加入40ul的csi溶液，并使用水系滤头进行过滤。

25、在本发明的一个或多个实施方式中，所述fai的质量为0.1719g，所述mabr的质量为0.0224g，所述pbbr2的质量为0.0734g，所述pbi2的质量为0.5073g。

26、与现有技术相比，根据本发明实施方式的一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，具有以下益处；

27、1)、将多肽材料作为空穴传输层/钙钛矿界面钝化层的钙钛矿太阳能电池，降低了界面间的缺陷，并加快电荷的传输，从而使光电转换效率和稳定性显著提高。

28、2)、界面钝化层的引入不仅降低了空穴传输层/钙钛矿活性层之间的接触电阻，促进了载流子的有效传输，还对钙钛矿的晶体结构产生了很大的影响，其中钙钛矿大尺寸晶粒明显增加，缺陷态密度减少。

29、3)、器件整体表现出较高的重复性和较低的偏差性，无封装条件下，暴露在室温环境240h后光电转化效率仍保持初始效率的78％，呈现出优异的环境稳定性。