一种超薄铁电料制备方法及钙钛矿太阳能电池

本发明涉及太阳能电池；更具体而言，涉及一种超薄二维in2se3铁电材料、in2se3界面修饰层以及包含该界面修饰层的太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、目前，环境污染和化石能源的日益枯竭制约着人类社会的可持续发展，而太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，已在全球范围内得到广泛关注，成为人类社会解决环境和能源短缺问题的重要突破口。钙钛矿材料具有高吸收系数、带隙可调和高载流子迁移率等优异的光电性能，因此，由其制备有机-无机钙钛矿太阳能电池器件具有较高的光电转换效率，近些年一直是太阳能电池领域的研究热点。钙钛矿太阳能电池主要分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n)结构两种，具体包括透明导电玻璃衬底、电子/空穴传输层、钙钛矿吸光层、空穴/电子传输层、金属电极。在钙钛矿吸光层与电子/空穴传输层界面处易发生非辐射复合，严重损害了器件开路电压，进而使得器件效率的严重降低，同时对器件的长期稳定性造成不利影响，限制其商业化发展。

2、因此设计一种具有铁电性质的界面修饰层用于增强器件的内建电场，增大载流子提取与传输能力，从而提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性，对产业化钙钛矿太阳能电池器件具有重大意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对当前钙钛矿吸光层与电子传输层界面处易发生非辐射复合，损害开路电压，影响器件性能的问题，提供一种超薄二维in2se3铁电材料修饰的长期高效稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

2、超薄二维in2se3铁电材料作为钙钛矿吸光层与电子传输层的界面修饰层，在外加电场的极化作用后，形成与内建电场方向相同的极化电场。因此，该界面修饰层能增大器件的内建电场，从而增强器件的载流子提取与传输能力，减少载流子在界面处的复合，进而提升器件的开路电压和光电转化效率。同时in2se3又具有一定的疏水性能，可以抑制吸光层的分解和相变，从而提升钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。因此，采用该新型超薄二维硒化铟(in2se3)铁电材料作为界面修饰层，得到长期高效稳定的钙钛矿太阳能电池，加速其商业化进程。

3、为了达到上述目的，本发明的一个方面提供一种超薄二维in2se3铁电材料，该铁电材料包含in2se3形成的直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

4、本发明的另一方面提供一种超薄二维in2se3铁电材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：

5、称取一定量的四丁基四氟硼酸铵(tbatfb)和α-in2se3粉末放入试剂瓶中，再加入n,n-二甲基甲酰胺(dmf)溶剂；

6、将试剂瓶用封口膜密封后放入数控超声清洗器中，持续超声，得到灰色的in2se3纳米片悬浊液；

7、将超声得到的in2se3纳米片悬浊液转移至离心机中进行离心，得到茶色透明的超薄二维α-in2se3分散液，再将所得分散液置于离心机中，离心后收集底部沉淀物，即是α-in2se3纳米片；

8、使用无水乙醇将收集的α-in2se3纳米片分散和离心，最后放入真空烘箱中进行干燥，即可得到纯净的α-in2se3纳米片。

9、发明的另一方面提供一种所述in2se3薄膜的制备方法，所述方法包括如下步骤：

10、将in2se3铁电材料分散于有机溶剂中得到分散液，所述铁电材料包含in2se3形成的直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

11、将上述分散液旋涂在透明导电玻璃衬底上形成in2se3薄膜层。

12、本发明的还一方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池的结构由下至上包括：透明导电基底、电子阻挡层、钙钛矿层、界面修饰层、电子传输层、缓冲层和电极层，所述界面修饰层为包含in2se3铁电材料的薄膜层，所述铁电材料包含in2se3形成的直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

13、优选地，所述钙钛矿吸光材料为abx3，a＝ch3nh3、nh2chnh2、cs或其混合物；b＝pb或sn或其混合物；x＝i、br、cl、cn、scn或其混合物。

14、本发明的还一方面提供一种所述太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：准备透明导电基底；

15、在所述透明导电基底上形成电子阻挡层；

16、在所述电子阻挡层上形成钙钛矿层；

17、在所述钙钛矿层上形成界面修饰层；

18、在所述界面修饰层上形成电子传输层；

19、在所述电子传输层上形成缓冲层；

20、在所述缓冲层上形成电极层。

21、其中，所述界面修饰层为包含in2se3铁电材料的薄膜层，所述铁电材料包含in2se3形成的直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

22、本发明的还一方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池的结构由下至上包括：透明导电基底、空穴阻挡层、钙钛矿层、界面修饰层、空穴传输层和电极层，所述界面修饰层为包含in2se3铁电材料的薄膜层，所述铁电材料包含in2se3形成的直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

23、优选地，所述钙钛矿吸光材料为abx3，a＝ch3nh3、nh2chnh2、cs或其混合物；b＝pb或sn或其混合物；x＝i、br、cl、cn、scn或其混合物。

24、本发明的还一方面提供一种所述太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：准备透明导电基底；

25、在所述透明导电基底上形成空穴阻挡层；

26、在所述空穴阻挡层上形成钙钛矿层；

27、在所述钙钛矿层形成界面修饰层；

28、在所述界面修饰层上形成空穴传输层；

29、在所述空穴传输层上形成电极层，

30、其中，所述界面修饰层为包含in2se3铁电材料的薄膜层，所述铁电材料包含in2se3形成的直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

31、有益效果

32、本发明将α-in2se3粉末和tbatfb分散于dmf溶剂中，通过调节tbatfb的浓度和超声时间，制备单层超薄的in2se3铁电材料，将该超薄in2se3铁电材料分散在ipa中，再将得到的分散液旋涂在钙钛矿吸光层表面形成薄膜，对反式钙钛矿上表面进行修饰。

33、超薄in2se3二维铁电材料作为钙钛矿吸光层与电子传输层的界面修饰层，经外加电场的极化作用后，形成与内建电场方向相同的极化电场。因此，该界面修饰层能增大器件的内建电场，从而增强器件的载流子提取与传输能力，减少载流子在界面处的复合，进而提升器件的开路电压和光电转化效率。同时in2se3又具有一定的疏水性能，可以抑制吸光层的分解和相变，从而提升钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。因此，采用该新型超薄二维硒化铟(in2se3)铁电材料作为界面修饰层，得到长期高效稳定的钙钛矿太阳能电池。

技术特征：

1.一种新型超薄in2se3铁电材料的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

2.一种超薄二维in2se3界面修饰层，其特征在于：包含权利要求1所述的超薄in2se3铁电材料，所述界面厚度为1～20nm。

3.一种如权利要求2所述in2se3界面修饰层制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

4.一种太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池的结构由下至上包括：透明导电基底、电子阻挡层、钙钛矿层、界面修饰层、电子传

5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光材料为abx3，a＝ch3nh3、nh2chnh2、cs或其混合物；b＝pb或sn或其混合物；x＝i、br、cl、cn、scn或其混合物。

6.一种权利要求5所述太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

7.一种太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池的结构由下至上包括：透明导电基底、空穴阻挡层、钙钛矿层、界面修饰层、空穴传输层和电极层，其中，所述界面修饰层为包含in2se3铁电材料的薄膜层，所述in2se3铁电材料为直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片。

8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层由abx3材料形成，a＝ch3nh3、nh2chnh2、cs或其混合物；b＝pb或sn或其混合物；x＝i、br、cl、cn、scn或其混合物。

9.一种如权利要求8所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种新型超薄In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电材料以及包含该材料的钙钛矿太阳能电池的制备方法；该In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电材料为直径为10～500nm、厚度为1～20nm的纳米片，由其形成一层薄膜用作钙钛矿太阳能电池的界面修饰层，这种新型超薄二维In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;铁电材料，经外加电场极化处理后形成额外的极化电场，该极化电场与器件内建电场方向一致。因此，In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;界面修饰层可以增强钙钛矿太阳能电池器件的内建电场，增大吸光层对光生载流子的提取与传输速率，减少界面电荷累积，从而提升器件的开路电压和光电转换效率，同时，In<subgt;2</subgt;Se<subgt;3</subgt;具有一定疏水性，对钙钛矿上表面进行修饰后，抑制器件吸光层的分解和相变，获得长期稳定高效的钙钛矿太阳能电池。

技术研发人员：张华,鲍永平,刘伟宏,李冰欣
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16