一种高分子界面修饰的倒置钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明属于太阳能电池及其制备，具体涉及一种高分子界面修饰的倒置钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，高效利用可再生能源成为解决能源与环境问题的迫切需求。在各种可再生能源中，太阳能电池因其清洁、安全等特点备受关注。其中，钙钛矿太阳能电池在过去十年间迅速发展，其光电转换效率已经达到26％。根据电子传输层和空穴传输层的制备顺序不同，钙钛矿太阳能电池有正置和倒置两种结构。倒置结构因其适用于柔性和层叠应用而备受商业关注。然而，倒置结构钙钛矿太阳能电池的效率却一直落后于正置结构，因此提高倒置钙钛矿太阳能电池的性能具有重要的意义。

2、优良的界面是薄膜太阳能电池技术发展和应用的关键。目前实现高效率钙钛矿太阳能电池的关键在于优化界面材料和钙钛矿层的表面钝化上。通过对界面进行修饰，可以获得更好的能级匹配，改善界面接触，钝化表面缺陷，抑制离子迁移和非辐射复合，从而获得高效、稳定的钙钛矿太阳能电池，这是实现钙钛矿太阳能电池商业化的有效途径之一。然而，目前广泛使用的界面修饰材料通常是有机小分子或无机盐，如油胺、csf、peai等。但这些界面修饰材料离子半径较小，容易发生离子迁移，导致界面处电荷积累，不利于长期工作条件下的稳定性。同时，使用有机小分子或无机盐进行界面修饰时，往往无法对层间的离子迁移进行很好地阻拦，从而引起钙钛矿相分离和降解。

3、综上，设计一种优良的界面修饰层，以提高倒置钙钛矿太阳能电池的光伏性能，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目标是提供一种高分子界面修饰的倒置钙钛矿太阳能电池，通过在钙钛矿层与电子传输层之间引入电子传输界面修饰层，使之与钙钛矿层相互作用，达到钝化钙钛矿层缺陷、减少光生载流子非辐射复合损失的目的，从而提高钙钛矿太阳能电池的光伏性能与稳定性。

2、为实现上述目的，本发明提供一种高分子界面修饰的倒置钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池为多层结构，依次包括第一电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输界面修饰层、电子传输层和第二电极；

3、其中，所述电子传输界面修饰层是由聚乙烯醇缩丁醛酯溶液制备得到高分子聚合物薄膜，其厚度为0.01-100nm。

4、在一优选的实施方式中，所述聚乙烯醇缩丁醛酯溶液的浓度为0.001-10mg/ml，所述聚乙烯醇缩丁醛酯溶液的溶剂包括乙醇、异丙醇中的至少一种。本发明以聚乙烯醇缩丁醛作为高分子聚合物，其可以与钙钛矿发生化学相互作用，有效钝化钙钛矿层表面未配位离子，降低钙钛矿表面的缺陷态密度。

5、在一优选的实施方式中，电子传输界面修饰层的制备方法包括旋涂法、喷涂法、刮刀法、浸泡法、狭缝涂布法中的至少一种。

6、在一优选的实施方式中，所述电子传输层包括c60、pcbm、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，厚度为1-100nm。

7、在一优选的实施方式中，所述钙钛矿层包括铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种，厚度50-5000nm。

8、在一优选的实施方式中，所述空穴传输层包括氧化镍、碘化铜、ptaa、spiro-omad、2pacz、4pacz及其衍生物中的至少一种，厚度为1-100nm。

9、在一优选的实施方式中，所述第一电极为ito、fto中的至少一种，厚度为100-1000nm；

10、所述第二电极为金、银、铜、铜基合金、碳、ito、fto中的至少一种，厚度0.1-100um。

11、本发明的另一目的在于提供上述任意一种高分子界面修饰的倒置钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

12、(1)在第一电极表面制备空穴传输层；

13、(2)在空穴传输界面修饰层表面制备钙钛矿层；

14、(3)在钙钛矿层表面制备电子传输界面修饰层：将浓度为0.001-10mg/ml的聚乙烯醇缩丁醛酯，以旋涂法、喷涂法、刮刀法、浸泡法、狭缝涂布法中至少一种方法制备；

15、(4)在电子传输界面修饰层表面制备电子传输层；

16、(5)在电子传输层表面制备第二电极。

17、在一优选的实施方式中，步骤(1)中，还包括第一电极预处理步骤，即在预处理后的第一电极表面制备空穴传输层；

18、所述第一电极预处理包括：清洗第一电极表面，干燥后，以紫外-臭氧处理第一电极表面。其中，所述清洗可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如依次用丙酮、异丙醇、去离子水清洗2-4次，为提高清洗效率还可以进行超声清洗。所述干燥可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如用氮气吹干等。所述紫外-臭氧处理可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如置于uv照射机中以紫外臭氧处理0.5-30min。

19、在一优选的实施方式中，步骤(1)中，所述空穴传输层所用原料包括氧化镍、碘化铜、ptaa、spiro-omad、2pacz、4pacz及其衍生物中的至少一种；

20、所述制备方法可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如真空蒸镀、狭缝涂布、磁控溅射、喷涂、旋涂、化学浴沉积、自组装中的至少一种；

21、制备得到的空穴传输层厚度为1-100nm。

22、在一优选的实施方式中，步骤(2)中，所述钙钛矿层所用原料包括铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种；

23、所述制备方法可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如狭缝涂布、真空蒸镀、旋涂法中的至少一种，再经过50-150℃退火处理，退火时间为0.1-1h，即得厚度50-5000nm的钙钛矿层。

24、在一优选的实施方式中，步骤(3)中，所述电子传输界面修饰层厚度为1-100nm。

25、在一优选的实施方式中，步骤(4)中，所述电子传输层所用原料包括c60、pcbm、氧化锡、二氧化钛中的至少一种；

26、所述制备方法可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如真空蒸镀、狭缝涂布、磁控溅射、喷涂、化学浴沉积中的至少一种；

27、制备得到的电子传输层厚度为1-100nm。

28、在一优选的实施方式中，步骤(5)中，所述第二电极所用原料包括金、银、铜、铜基合金、碳、ito、fto中的至少一种；

29、所述制备方法可采用本领域技术人员所掌握的常规方法，例如真空蒸镀、磁控溅射、狭缝涂布、喷涂中的至少一种；

30、制备得到的第二电极厚度0.1-100μm。

31、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

32、(1)本发明提供的具有倒置结构的钙钛矿太阳能电池，在钙钛矿层与电子传输层之间额外添加电子传输界面修饰层：一方面，高分子电子传输界面修饰层可以和钙钛矿层相互作用，钝化钙钛矿层缺陷，减少光生载流子非辐射复合损失；另一方面，所制备得到的高分子电子传输界面修饰层具有疏水性，有利于提升钙钛矿太阳能电池的稳定性。

33、(2)由于优良的界面，可以有效解决现有技术中倒置钙钛矿太阳能电池电性能不佳的问题，实验结果表明本发明得到的倒置钙钛矿太阳能电池具有优异的光伏性能和稳定性。