一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件及其制备方法

本申请涉及钙钛矿光伏器件，尤其是涉及一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件及其制备方法。

背景技术：

1、钙钦矿材料具有优秀的光电特性，采用钙钛矿材料制备的光伏器件具有较好的光电转换效率。但是，通过常规的溶液法或气相沉积法制备钙钦矿光伏器件存在以下缺陷:(1)钙钛矿的缺陷常富集在表面，影响钙矿光伏器件的性能;（2）与界面材料的界面处存在大量缺陷，影响器件性能。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本申请提供了一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件及其制备方法。

2、第一方面，本申请提供的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，包括玻璃基板、由下至上形成于玻璃基板的透明电极层、第一界面层、钙钛矿层、第二界面层界、背电极层，还包括钝化层，钝化层为氟化物纳米颗粒非致密层；所述钝化层位于第一界面层、钙钛矿层之间和/或位于第二界面层、钙钛矿层之间；所述的氟化物纳米颗粒非致密层不能完全阻隔钙钛矿层和第一界面层和/或第二界面层的接触。

4、本申请中的宽带隙的纳米氟化物具有很好的绝缘性，且与钙钛矿之间的界面缺陷少，因此，将纳米氟化物颗粒合理分散在钙钛矿层和界面层（第一界面层和/或第二界面层）之间时，可以有效减少钙钛矿层和界面层的接触面积且不影响载流子传输，从而减少非辐射复合，有利于实现高效率器件。

5、优选的，所述玻璃基板由下至上形成有透明电极层、第一界面层、钝化层、钙钛矿层、钝化层、第二界面层界面，背电极层。

6、通过采用上述技术方案，可以更为有效减少钙钛矿层和界面层的接触面积，减少非辐射复合提升器件性能，有利于实现高效率器件。

7、优选的，所述氟化物纳米颗粒非致密层中的氟化物纳米颗粒为naxf4，x为y、er、yb三价金属元素中的至少一种。

8、优选的，所述氟化物纳米颗粒非致密层中的氟化物纳米颗粒的粒径在15-120nm之间。

9、优选的，所述氟化物纳米颗粒非致密层的具体方法如下：

10、所述的氟化物纳米颗粒非致密层的具体方法如下：

11、s1，氟化物分散液的制备：

12、s1.1，将1毫摩尔的氯化钇（iii）六水合物和/或镱（iii）氯化物六水合物和/或氯化铒（iii）六水合物加入到6-8ml油酸和15-20ml的 1-十八碳烯的50ml三颈圆底烧瓶；

13、s1.2，将混合物在氩气气氛下加热至150±2°c搅拌均匀，冷却至30±2°c；

14、s1.3，1毫摩尔的naoh和4毫摩尔nh4f加入到4-6ml甲醇中重复溶解后，滴定到s1.2所得溶液中，并在30±2°c下搅拌30-40分钟，得混合液；

15、s1.4，为了去除混合液中的甲醇，逐步升温至80℃后保温15min，然后逐步升温至110℃，保温15 min，最后放置在110°c下真空10分钟，以去除最后痕量的甲醇和水分，即可得到naxf4纳米颗粒，所得naxf4纳米颗粒分散到异丙醇中即可得到naxf4的异丙醇分散液；

16、s2，将s1中制备的nayf4的异丙醇分散液稀释至浓度为1-5mg/ml，在钙钛矿层上旋涂s1中的氟化物分散液，以2800-3200rpm转旋涂在钙钛矿层上，然后以100±5℃退火10±2min，制得非致密覆盖的氟化物纳米颗粒非致密层。

17、本申请中的氟化物纳米颗粒非致密层性质稳定，制备和使用方法相对简单，操作难度低，便于实现工业化生产制造。

18、优选的，所述第一界面层为电子传输层，所述第二界面层为空穴传输层，则所述钙钛矿光伏器件为正式结构的钙钛矿光伏器件。

19、优选的，所述第一界面层为空穴传输层，所述第二界面层为电子传输层，则所述钙钛矿光伏器件为反式结构的钙钛矿光伏器件。

20、优选的，所述空穴传输层为nio、ptaa、cucao3、p3ht中的任意一种；所述电子传输层为c60、pcbm、snox、zno、tiox中的至少一种。

21、优选的，所述钙钛矿吸材料为abx3，abx3中的a为cs、ch3nh3和hn=chnh3中的至少一种，所述的abx3中的b为pb和sn中的至少一种，所述的abx3中的x为c1、br和i中的至少一种；所述的背电极层为ito、ag、cu中的一种或者ito、ag、cu形成的复合电极。

22、第二方面，本申请提供的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件的制备方法，是通过以下技术方案得以实现的：

23、一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件的制备方法包括以下步骤：

24、s1，在玻璃基板上形成50-550nm的透明电极层；

25、s2，在透明电极层基底上通过旋涂法制备形成20-80nm的第一界面层；

26、s3，在第一界面层上通过纳米颗粒分散液旋涂形成氟化物纳米颗粒非致密层；

27、s4，在氟化物纳米颗粒非致密层上通过溶液法或气相沉积法形成300-500nm的钙钛矿层；

28、s5，在钙钛矿层上通过纳米颗粒分散液旋涂形成氟化物纳米颗粒非致密层；

29、s6，在氟化物纳米颗粒非致密层上通过旋涂法制备形成20-80nm的第二界面层；

30、s7，在第二界面层上制备10-200nm背电极，得成品背钝化钙钛矿光伏器件。

31、本申请中的利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件的制备方法相对简单，操作难度低，便于实现工业化生产制造。

32、综上所述，本申请具有以下优点：

33、1、本申请中的宽带隙的纳米氟化物具有很好的绝缘性，且与钙钛矿之间的界面缺陷少，因此，将纳米氟化物颗粒合理分散在钙钛矿层和界面层之间形成非致密层时，可以有效减少钙钛矿层和界面层的接触面积且不影响载流子传输，减少非辐射复合提升器件性能，有利于实现高效率器件。

34、2、本申请中的氟化物纳米颗粒非致密层性质稳定，制备和使用方法相对简单，操作难度低，便于实现工业化生产制造。

35、3、本申请可适配溶液法，可自适应填充薄膜凹陷处。一方面凹陷处往往是缺陷较多地方，填充该处可以很大程度上减少界面接触的非辐射复合；另一方面，填充凹陷处后可以改善薄膜平整度，有利于提升产品良品率。

技术特征：

1.一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，包括玻璃基板、由下至上形成于玻璃基板的透明电极层、第一界面层、钙钛矿层、第二界面层界、背电极层，其特征在于：还包括钝化层，钝化层为氟化物纳米颗粒非致密层；所述钝化层位于第一界面层、钙钛矿层之间和/或位于第二界面层、钙钛矿层之间；所述的氟化物纳米颗粒非致密层不能完全阻隔钙钛矿层和第一界面层和/或第二界面层的接触。

2.根据权利要求1所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述玻璃基板由下至上形成有透明电极层、第一界面层、钝化层、钙钛矿层、钝化层、第二界面层界面，背电极层。

3.根据权利要求1所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述氟化物纳米颗粒非致密层中的氟化物纳米颗粒为naxf4，x为y、er、yb三价金属元素中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述氟化物纳米颗粒非致密层中的氟化物纳米颗粒的粒径在15-120nm之间。

5.根据权利要求1所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述的氟化物纳米颗粒非致密层的具体方法如下：

6.根据权利要求1所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述第一界面层为电子传输层，所述第二界面层为空穴传输层，则所述钙钛矿光伏器件为正式结构的钙钛矿光伏器件。

7.根据权利要求1所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述第一界面层为空穴传输层，所述第二界面层为电子传输层，则所述钙钛矿光伏器件为反式结构的钙钛矿光伏器件。

8.根据权利要求6或7所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述空穴传输层为nio、ptaa、cucao3、p3ht中的任意一种；所述电子传输层为c60、pcbm、snox、zno、tiox中的至少一种。

9.根据权利要求1所述的一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件，其特征在于：所述钙钛矿吸材料为abx3，abx3中的a为cs、ch3nh3和hn=chnh3中的至少一种，所述的abx3中的b为pb和sn中的至少一种，所述的abx3中的x为c1、br和i中的至少一种；所述的背电极层为ito、ag、cu中的一种或者ito、ag、cu形成的复合电极。

10.一种权利要求2-9中任一项所述的利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

技术总结
本申请涉及钙钛矿光伏器件领域，尤其是一种利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件及其制备方法。利用氟化物纳米颗粒进行界面钝化的钙钛矿光伏器件包括玻璃基板、透明电极层、第一界面层、钙钛矿层、第二界面层界、背电极层，还包括位于第一界面层、钙钛矿层之间和/或位于第二界面层、钙钛矿层之间的氟化物纳米颗粒非致密层，不能完全阻隔钙钛矿层和第一界面层和/或第二界面层接触。本申请中的纳米氟化物具有很好的绝缘性，且与钙钛矿之间的界面缺陷少。本申请将纳米氟化物颗粒合理分散在钙钛矿层和第一界面层和/或第二界面层之间时，可以有效减少钙钛矿层和界面层的接触面积，减少非辐射复合提升器件性能，有利于实现高效率器件。

技术研发人员：何明珠,吴绍航,麦耀华
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16