一种钙钛矿太阳电池及其制备方法与流程

本发明涉及太阳电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿层由钙钛矿结构的半导体材料组成，是钙钛矿太阳电池中的重要组成部分。钙钛矿吸收光并产生激子，在钙钛矿层和电子传输层之间的界面处，激子发生解离并产生自由载流子，其中自由电子通过电子传输层被工作电极收集，自由空穴通过空穴传输层被对电极收集，两极形成电势差，并通过外电路产生电流。

2、但是，钙钛矿层的界面存在大量缺陷，激子解离产生的电子容易与这些缺陷发生复合，导致钙钛矿太阳电池的电子转移效率下降，电池转换效率降低。同时大量的缺陷会影响钙钛矿的结晶质量，导致钙钛矿太阳电池的稳定性变差。

技术实现思路

1、为了进一步提升钙钛矿太阳电池的电子转移效率和电池转换效率，本发明公开了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。

2、第一方面，本技术提供一种钙钛矿太阳电池。

3、该钙钛矿太阳电池包括钙钛矿层、钝化层和电子传输层，所述钝化层位于所述钙钛矿层和所述电子传输层之间，所述钝化层包括由聚多巴胺交联改性层状双金属氢氧化合物而成的复合材料。

4、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述复合材料的制备方法包括以下步骤：

5、制备双金属复合氧化物：取层状双金属氢氧化合物进行煅烧处理，得到双金属复合氧化物；

6、制备所述复合材料：将所述双金属复合氧化物与水混合，以使双金属复合氧化物发生水合反应，再加入盐酸多巴胺进行交联反应，反应后得到所述复合材料。

7、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述煅烧的温度为250℃～600℃，所述煅烧的时间为2h～3.5h。

8、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，制备所述复合材料的步骤中，所述双金属复合氧化物与水混合后，进行超声处理；和/或，制备所述复合材料的步骤中，所述盐酸多巴胺加入后，调节ph为8～9，在80℃～100℃反应16h～24h，得到所述复合材料；和/或，所述层状双金属氢氧化合物采用共沉淀法制备得到。

9、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述层状双金属氢氧化合物包括正二价金属离子、正三价金属离子和层间阴离子。

10、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述正二价金属离子包括ti2+、zn2+中的任意一种，所述正三价金属离子包括al3+、fe3+和ni3+中的任意一种，所述层间阴离子为co32-、cl-和br-中的任意一种。

11、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述正三价金属离子的摩尔与所述正三价金属离子和所述正二价金属离子的摩尔之和的比值为1：0.17～0.33，所述正二价金属离子与所述正三价金属离子的摩尔之比为3～6：1。

12、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述聚多巴胺占所述复合材料的质量百分比为1％～75％，所述层状双金属氢氧化合物占所述复合材料的质量百分比为25％～99％。

13、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钝化层的厚度为15nm～25nm；和/或，所述钙钛矿层的厚度为800nm～1000nm；和/或，所述电子传输层的厚度为25nm～30nm。

14、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池包括单结钙钛矿太阳电池或钙钛矿叠层太阳电池。

15、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池为单结钙钛矿太阳电池，所述单结钙钛矿太阳电池还包括：

16、透明导电基底；

17、空穴传输层，所述空穴传输层堆叠于所述透明导电基底表面；

18、所述钙钛矿层、所述钝化层和所述电子传输层依次堆叠于所述空穴传输层表面；

19、正电极和负电极，所述正电极与所述透明导电基底形成欧姆接触，所述负电极与所述电子传输层形成欧姆接触；

20、或，所述单结钙钛矿太阳电池还包括：

21、透明导电基底；

22、所述电子传输层、所述钝化层和所述钙钛矿层依次堆叠于所述透明导电基底表面；

23、空穴传输层，所述空穴传输层堆叠于所述钙钛矿层表面，所述钙钛矿层堆叠于所述空穴传输层表面；

24、正电极和负电极，所述正电极与所述透明导电基底形成欧姆接触，所述负电极与所述空穴传输层形成欧姆接触。

25、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述钙钛矿太阳电池为钙钛矿叠层太阳电池，所述钙钛矿叠层太阳电池还包括：

26、硅底电池；

27、空穴传输层，所述空穴传输层堆叠于所述硅底电池表面；

28、所述钙钛矿层、所述钝化层和所述电子传输层依次堆叠于所述空穴传输层表面；

29、正电极和负电极，所述正电极与所述硅底电池形成欧姆接触，所述负电极与所述电子传输层形成欧姆接触；

30、或，所述钙钛矿叠层太阳电池还包括：

31、硅底电池；

32、所述电子传输层、所述钝化层和所述钙钛矿层依次堆叠于所述硅底电池表面；

33、空穴传输层，所述空穴传输层堆叠于所述钙钛矿层表面，所述钙钛矿层堆叠于所述空穴传输层表面；

34、正电极和负电极，所述正电极与所述硅底电池形成欧姆接触，所述负电极与所述空穴传输层形成欧姆接触。

35、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述空穴传输层为氧化镍；和/或，所述电子传输层为c60或其衍生物；和/或，所述空穴传输层的厚度为18nm～22nm；和/或，所述正电极的厚度为250nm～300nm；和/或，所述负电极的厚度为250nm～300nm；和/或，所述电子传输层背离所述钙钛矿层一侧还设置有缓冲层。

36、第二方面，本技术提供一种钙钛矿太阳电池的制备方法。

37、钙钛矿太阳电池的制备方法包括以下步骤：

38、制备所述钙钛矿太阳电池的钙钛矿层；

39、在所述钙钛矿层上制备钝化层，所述钝化层的制备方法包括以下步骤：

40、配置聚多巴胺交联改性层状双金属氢氧化合物而成的复合材料溶液，通过溶液法将所述复合材料溶液涂布至所述钙钛矿层上，退火后得到钝化层；

41、在所述钝化层上制备电子传输层。

42、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述复合材料溶液的浓度为0.5mg/ml～2mg/ml。

43、作为一种可选的实施方式，在本发明的实施例中，所述复合材料溶液的溶剂为短链醇；和/或，所述复合材料溶液通过旋涂的方式涂布至所述钙钛矿层上，旋涂气氛为5％rh～10％ rh，旋涂转速为3500rpm～5000rpm，加速度为3500rpm/s～5000rpm/s，旋涂时间25s～35s；和/或，所述钝化层的制备步骤中，所述退火为100℃～125℃退火10min～15min。

44、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

45、1、层状双金属氢氧化合物是一种插层组装的水滑石类插层材料，是由带正电荷的主体板层和层间阴离子通过非共价键相互作用组装而成的化合物。该层状双金属氢氧化合物具有较高的比表面积，表面分布有大量的羟基，而聚多巴胺表面分布大量的伯胺、叔氨基和邻苯二酚官能团，聚多巴胺上的酚羟基容易与层状双金属氢氧化合物表面的羟基之间发生交联反应，形成复合材料。在层状双金属氢氧化合物上的强共价键、非共价键以及π-π*键的共同作用下，聚多巴胺均匀且稳定地分散在层状双金属氢氧化合物上，克服聚多巴胺容易团聚的缺陷，在钝化层中的分散性明显提升。

46、将聚多巴胺和层状双金属氢氧化合物交联反应制得的复合材料作为钝化层，一方面，聚多巴胺表面的伯胺、叔氨和邻苯二酚等官能团得以充分与界面处的钙钛矿接触，更好地钝化钙钛矿层界面处的缺陷，降低电子在界面处的复合，提升电子转移效率。另一方面，由于聚多巴胺的采光能力和导电性优异，具有良好的光捕获和电子迁移能力，分散性优异的聚多巴胺可以更好地改善钙钛矿层的光学和电学性能。再者，聚多巴胺与钙钛矿产生协同作用，可以开辟新的电子转移通道，提高电子转移效率。

47、层状双金属氢氧化合物除了能为聚多巴胺提供更多的反应位点，其层状结构还能够更好地承载电子传输层，减少电子传输层与钙钛矿层的接触，改善钙钛矿层与电子传输层之间的寄生吸收。

48、2、层状双金属氢氧化合物先在250℃～600℃煅烧处理，而后通过水合恢复层状结构，再经过聚多巴胺改性处理，由此得到的复合材料既保留部分促进电子分离的能力，又提升电子提取和转移能力，且经过聚多巴胺改性，促使复合材料的采光能力和导电性进一步提升。通过该复合材料与钙钛矿层表面结合，能够充分钝化钙钛矿层的界面缺陷，提升钙钛矿层的电子转移能力和稳定性，使得钙钛矿太阳电池的电子转移能力和能量转换效率整体提升。