一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层、倒置钙钛矿结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层、倒置钙钛矿结构及其制备方法和应用。所述电子传输层由电子传输层材料和钝化剂组成，所述钝化剂分布在电子传输层材料中；所述电子传输层为PCBM、纳米氧化锌或纳米氧化铈；所述钝化剂为2,2联吡啶、4,4联吡啶、邻菲啰啉或EDTA中的一种或几种。本发明专利技术提供的电子传输层中分布有特定的钝化剂，这些钝化剂具有自组装特点，可自动结合在钙钛矿表面，有效钝化钙钛矿表面缺陷，减弱电荷复合，将电子传输层涂覆在钙钛矿层上，进而制成太阳能电池时，可有效提高太阳能电池效率，对于推进钙钛矿太阳能电池的商业化进程具有重要意义。

Electron transport layer, inverted perovskite structure, preparation method and application for passivating surface defects of perovskite layer

【技术实现步骤摘要】
一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层、倒置钙钛矿结构及其制备方法和应用
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层、倒置钙钛矿结构及其制备方法和应用。
技术介绍
有机-无机杂化钙钛矿太阳电池，具有吸收强、迁移率高、载流子寿命长和可低成本溶液加工等潜在优势，成为太阳能利用领域新的重要研究方向。目前，其实验室小面积器件的能量转换效率已从2009年报道的3.8％(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)提高至22.1％(NREL,BestResearch-CellEfficiencies,http://www.nrel.gov,accessed:November2016)，模块器件的能量转换效率可达8.7％(EnergyEnviron.Sci.2014,7,2642)，成为最有潜力的太阳电池技术。钙钛矿有十分规则的晶体结构。钙钛矿的优良性能也来源于此结构，但许多问题也是出现在这个方面。就是说钙钛矿晶体内部和表面的缺陷会大大降低钙钛矿的性能。然而，目前有很多研究集中在处理钙钛矿内部的缺陷上这些方法对于改善钙钛矿的性能效果有局限性。诚然钙钛矿内部的缺陷处理和形貌调控有着很重要的地位，但是钙钛矿表面的缺陷处理也是不能忽略的。因为钙钛矿表面肩负着将电荷传输到下一层的艰巨任务，这很大程度上影响着电池的效率，并且表面处理一般不会影响到钙钛矿内部的结构和形貌，同时结合上表面缺陷钝化将有助于进一步提高太阳能电池效率。因此，开发一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的技术具有重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中主要针对钙钛矿内部的缺陷进行改善，且改善效果具有局限性的缺陷和不足，提供一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层。本专利技术提供的电子传输层中分布有特定的钝化剂，这些钝化剂具有自组装特点，可自动结合在钙钛矿表面，有效钝化钙钛矿表面缺陷，减弱电荷复合，将其制成太阳能电池时，可有效提高太阳能电池效率。本专利技术的另一目的在于提供上述电子传输层的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种倒置钙钛矿结构。本专利技术的另一目的在于提供上述倒置钙钛矿结构制备方法。本专利技术的另一目的在于提供上述倒置钙钛矿结构在制备太阳能电池中的应用。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层，由电子传输层材料和钝化剂组成，所述钝化剂分布在电子传输层材料中；所述电子传输层为PCBM、纳米氧化锌或纳米氧化铈；所述钝化剂为2,2联吡啶、4,4联吡啶、邻菲啰啉或EDTA中的一种或几种。本专利技术提供的电子传输层中分布有特定的钝化剂，这些钝化剂具有自组装特点，可自动结合在钙钛矿表面，有效钝化钙钛矿表面缺陷，减弱电荷复合，将电子传输层涂覆在钙钛矿层上，进而制成太阳能电池时，可有效提高太阳能电池效率，对于推进钙钛矿太阳能电池的商业化进程具有重要意义。如要实现卷对卷工业化生产，需符合如下条件：①溶液加工的要求；②退火温度低(卷，柔性基底不能承受高温)时间短；③不需要单独配制钝化层溶液，省工省时，减少步骤，增加良品率；④自组装作用，用量少，减少浪费，经济实惠；⑤溶剂便宜易得，低毒)。本专利技术仅利用原本就存在的电子传输层，无需增加额外的层即可实现钙钛矿表面缺陷的钝化，可满足未来高通量的卷对卷印刷技术的要求。钝化剂的量可根据实际需要及钙钛矿表面缺陷的数量等进行选择优化。钝化剂在电子传输层中既可以均匀分布，也可以不均匀分布。目前，不均匀分布较为容易实现。优选地，所述钝化剂在电子传输层材料中分布的质量浓度由一侧至另一侧逐渐增加。优选地，所述电子传输层设置于钙钛矿层上。一般情况下，电子传输层设置于钙钛矿层上时，钝化剂的质量浓度由上至下依次增大。优选地，所述钙钛矿层的钙钛矿结构为ABX3，其中，A为Pb、Sn中的一种或两种，B为MA、FA、Cs中的一种或几种，X为ClpBrqI3-p-q，p、q的取值范围均为0～3。更为优选地，所述钙钛矿层的钙钛矿结构为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15、CsPbI2Br或MAPbI3。最为优选地，所述钙钛矿层的钙钛矿结构为(FAPbI3)0.85(MAPbBr3)0.15有机无机杂化结构。优选地，所述电子传输层材料和钝化剂的质量比为20～400:1。更为优选地，所述电子传输层材料和钝化剂的质量比为200:1。上述电子传输层的制备方法，包括如下步骤：S1：将电子传输层材料、钝化剂和溶剂混合得混合溶液；S2：将混合溶液旋涂在钙钛矿层上，退火即得所述电子传输层。本专利技术提供的方法可实现钝化剂在电子传输层中的分布，在旋涂的过程中，溶剂逐渐挥发，进而使得钝化剂在电子传输层中的分布浓度从上至下依次增大。钝化剂具有自组装特点，可自动结合在钙钛矿表面，有效钝化钙钛矿表面缺陷，减弱电荷复合。另外，本专利技术提供的方法简捷易行，钝化剂的用量小。退火温度和时间可由薄膜材料和溶剂决定，一般在退火之前的旋涂结束后薄膜基本已经干燥了，半干状态已经成型了，退火是为了固定和祛除残余溶剂以防止下一层溶液破坏。优选地，所述退火的温度为40～55℃，时间为3～5min。根据不同种类的钙钛矿可有一步或多步退火，常见的是两步，第一步使溶剂缓慢挥发使膜致密初步结晶，第二步高温促使结晶完全。优选地，所述旋涂和退火的次数均为两次，按旋涂、退火、旋涂、退火交替进行。以ITO玻璃作为基底层为例(在ITO玻璃上旋涂得到钙钛矿层，然后再旋涂得到电子传输层)，旋涂原理是将ITO玻璃以真空泵真空吸在旋转基座上，开启旋转多余溶液甩掉，留下的溶液形成一层均匀的纳米薄膜，一般是半干状态退火干燥，但是也可以延长旋转时间得到相对干燥的薄膜(调节转速来控制膜厚越快膜越薄，溶液浓度越稀膜越薄，两点共同作用得到合适膜厚。优选地，所述混合溶液中电子传输层材料的浓度为10～30mg/mL。更为优选地，所述混合溶液中电子传输层材料的浓度为20mg/mL。优选地，所述混合溶液中钝化剂的浓度为0.03～5mg/mL。更为优选地，所述混合溶液中钝化剂的浓度为0.05mg/mL。优选地，所述溶剂为氯苯、二氯苯、三氯苯或氯仿中的一种或几种。上述溶剂对电子传输层材料，特别是对难溶的PCBM材料，具有较好的溶解性。一种倒置钙钛矿结构，由下至上包括如下结构：透明导电层、阴极界面层、钙钛矿层、所述电子传输层和对电极。本专利技术提供一种倒置钙钛矿结构，其中电子传输层选用本专利技术提供的特定的电子传输层，其余层选用本领域常规的层即可。优选地，所述透明导电层为ITO导电玻璃片、FIO玻璃或透明纳米银线电极。优选地，所述空穴传输层为NiOx、PEDOT:PSS或PTAA。优选地，所述对电极为银电极、金电极或铝电极。优选地，所述电子传输层和对电极之间还设置有阴极界面层。阴极界面层的设置可降低金属电极的功函数，使得电池的开路电压提高，改善电池性能。本领域常规的阴极界面层均可用于本专利技术中。更为优选地，所述阴极界面层为乙酰丙酮锆层或BPhen。本专利技术提供的倒置钙钛矿结构可按照本领域的常规方法制备或处理。例如，透明导电层可进行氧等离子体处理5～20min，以增加表面能有利于溶液在透明导电层浸润。阴极界面层、钙钛矿层、电子传输层均可通过旋涂、退火得本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层，其特征在于，由电子传输层材料和钝化剂组成，所述钝化剂分布在电子传输层材料中；所述电子传输层为PCBM、纳米氧化锌或纳米氧化铈；所述钝化剂为2,2联吡啶、4,4联吡啶、邻菲啰啉或EDTA中的一种或几种。

【技术特征摘要】
1.一种可钝化钙钛矿层表面缺陷的电子传输层，其特征在于，由电子传输层材料和钝化剂组成，所述钝化剂分布在电子传输层材料中；所述电子传输层为PCBM、纳米氧化锌或纳米氧化铈；所述钝化剂为2,2联吡啶、4,4联吡啶、邻菲啰啉或EDTA中的一种或几种。2.根据权利要求1所述电子传输层，其特征在于，所述钝化剂在电子传输层材料中分布的质量浓度由一侧至另一侧逐渐增加。3.根据权利要求1所述电子传输层，其特征在于，所述电子传输层设置于钙钛矿层上。4.根据权利要求1所述电子传输层，其特征在于，所述电子传输层材料和钝化剂的质量比为20～400:1。5.权利要求1～4所述电子传输层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将电子传输层材料、钝化剂和溶剂混合得混合溶液；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：程鹏鹏，谭婉怡，闵永刚，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44