一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池及其制备方法，其特点是电子传输层与金属电极之间设置含有N、S杂原子的电极腐蚀抑制层，所述抑制层采用苯并三氮唑及其衍生物为抑制剂，在电极表面形成一种致密且不溶的聚合物薄膜，对钙钛矿电池的金属电极进行有效保护。本发明专利技术与现有技术相比具有抑制钙钛矿与金属电极在卤素（Cl

A perovskite cell for electrode corrosion inhibition and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其是一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池的转化效率已经达到25％，器件的稳定性成为制约其商业化的最大瓶颈问题，钙钛矿电池的稳定性不仅仅由钙钛矿层引起，还与电池中的金属电极息息相关。一方面，钙钛矿的分解产物，如HI和I2都可以与常用的金属电极，如Al、Ag和Cu反应，进一步加速钙钛矿的分解；另一方面，钙钛矿的离子迁移是器件衰减的另一个主要原因，但是离子迁移过程是可逆的，在暗态下放置一段时间后其完全可以恢复过来，并且可能不会造成器件的永久性的效率下降。但是，一旦迁移的离子(I-)与金属电极反应，这种可逆的离子迁移过程就会被打破，进而造成钙钛矿器件的效率衰减。这也是为什么对于钙钛矿电池来说，其半电池(没有传输层和金属电极)的寿命通常比完整电池的寿命长的原因。现有技术的钙钛矿电池存在着电极腐蚀，以致钙钛矿器件的效率衰减，影响钙钛矿电池的稳定性和使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足而提供的一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池及其制备方法，采用苯并三氮唑及其衍生物为抑制剂，在电极表面形成一种致密且不溶的聚合物薄膜，对钙钛矿电池的金属电极进行有效保护，阻挡金属电极与钙钛矿之间的化学反应，抑制钙钛矿与金属电极在卤素(Cl-、Br-、I-)环境中的电化学腐蚀，金属电极的防腐蚀性能好，有效解决了电极腐蚀所引发的钙钛矿电池的效率衰减，结构简单，制作方便，进一步提高了钙钛矿电池的稳定性和使用寿命。实现本专利技术目的的具体技术方案是：一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池，包括在衬底上叠层设置的空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极，其特点是电子传输层与金属电极之间设置含有N、S杂原子的电极腐蚀抑制层，组成阻挡金属电极与钙钛矿之间的化学反应的钙钛矿太阳能薄膜电池。一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池的制备方法，其特点是采用溶液旋涂或蒸镀工艺在衬底上依次沉积空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极。所述电极腐蚀抑制层为旋涂或蒸镀沉积的聚合物薄膜，其厚度为1～10nm，考虑到对电池的转化效率和稳定性的改善效果，电极腐蚀抑制层厚度优选为1～5nm；所述聚合物薄膜为苯并三氮唑及其衍生物、巯基苯丙噻唑中的一种或两种以上的混合，由于苯并三氮唑中的两个N杂原子都能够与金属原子之间发生弱相互作用，更有利于其在金属电极表面的吸附和配位，从而有利于金属电极的防腐蚀，提高钙钛矿电池的稳定性。此外，苯并三氮唑在乙醇、异丙醇以及氯苯、甲苯等常规溶剂中都具有良好的溶解性，更容易通过溶液旋涂的方法来形成薄膜，也可以在较大的范围内调节其在钙钛矿电池中的厚度，因此，聚合物薄膜优选苯并三氮唑。所述钙钛矿薄膜为旋涂制备的ABX3有机-无机杂化材料薄膜层，其厚度为400nm～500nm；所述ABX3有机-无机杂化材料中A为CH3NH3+、HC(NH2)2+或CH3CH2NH3+有机胺阳离子；B为Pb2+、Sn2+或Ge2+；X为Cl-、Br-、I-或SCN-阴离子。由于(HC(NH2)2PbI3)0.95(CH3NH3PbBr3)0.05禁带宽度为1.51eV，在400nm～800nm范围内均有良好的吸收，因此，所述钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料进一步优选为(HC(NH2)2PbI3)0.95(CH3NH3PbBr3)0.05。所述空穴传输层为旋涂制备的聚[3-(丁酸甲胺盐)噻吩](P3CT-N)薄膜层，其厚度为5nm～20nm。所述电子传输层由依次叠层制备的PCBM层、C60层和TPBi层组成，其厚度为50nm～100nm，所述PCBM层为溶液法旋涂制备的薄膜层，其厚度为20nm～50nm；所述C60层为真空蒸镀制备的薄膜层，其厚度为20nm～40nm，所述TPBi层为溶液法旋涂制备的薄膜层，其厚度为8nm～10nm。所述金属电极为真空蒸镀制备的铜或银层，其厚度为100nm～300nm。所述衬底为硅片、ITO导电玻璃片或不锈钢片。本专利技术与现有技术相比具有良好的稳定性和器件的使用寿命，电极腐蚀抑制层中含有N、S等杂原子，能够化学吸附并配位作用在金属电极上，在电极表面形成一种致密且不溶的聚合物薄膜，对钙钛矿电池的金属电极进行有效保护，从而阻挡金属电极与钙钛矿之间的化学反应，该致密聚合物薄膜还能够抑制金属电极在Cl-、Br-、I-等卤素环境中的电化学腐蚀，进一步提高金属电极的防腐蚀性能，进一步抑制由电极腐蚀所引发的钙钛矿电池的效率衰减，使钙钛矿太阳能电池具有良好的稳定性，提高器件使用寿命。附图说明图1为本专利技术抑制电极腐蚀的钙钛矿电池结构示意图；图2为Cu2p的X-射线光电子能谱图；图3为N1s的X-射线光电子能谱图；图4为铜的氧化还原曲线；图5为铜的塔菲尔极化曲线；图6为铜电极在卤素环境(I-)下不同腐蚀时间的X射线衍射图；图7为本专利技术抑制电极腐蚀的钙钛矿电池的I-V曲线；图8为本专利技术抑制电极腐蚀的钙钛矿电池在空气中的稳定性图；图9为本专利技术抑制电极腐蚀的钙钛矿电池的热稳定性图；图10为本专利技术抑制电极腐蚀的钙钛矿电池在连续光照下的最大功率输出稳定性图。具体实施方式参阅附图1，本专利技术抑制电极腐蚀的钙钛矿电池由依次叠层设置的衬底1、空穴传输层2、钙钛矿薄膜3、电子传输层4、电极腐蚀抑制层5和金属电极6组成，所述衬底1为硅片、玻璃片和不锈钢片中的任意一种，由于ITO是一种具有良好透明导电性能的金属化合物，具有禁带宽、可见光谱区光透射率高和电阻率低等特性，因此，所述衬底1优选为ITO导电玻璃。所述空穴传输层2为聚[3-(丁酸甲胺盐)噻吩](P3CT-N)材料层，其厚度为5nm～20nm，相对于常用的空穴传输层PEDOT:PSS(能级5.11eV)，P3CT-N的能级在5.26eV，与所选钙钛矿(HC(NH2)2PbI3)0.95(CH3NH3PbBr3)0.05的价带(5.3eV)更为接近，能够有效避免由于能级不匹配而造成的电池效率下降；P3CT-N优选厚度为10nm；所述P3CT-N的化学结构式如下：所述钙钛矿薄膜3的厚度为400nm～500nm。考虑到载流子的平衡传输，优选厚度为450nm。所述电子传输层4为依次叠层设置的PCBM层、C60层和TPBi层组成；所述PCBM层的厚度为20nm～50nm；所述C60层的厚度为20nm～40nm；所述TPBi层的厚度为8nm～10nm；所述电子传输层4的厚度为50nm～100nm；所述PCBM用溶液法旋涂制备，能够有效地渗入并覆盖钙钛矿表面可能存在的空洞，优选厚度为20nm；所述C60通过真空蒸镀制备，这样得到的C60层更加致密均匀，优选厚度为40nm；所述TPBi则作为空穴阻挡层能够抑制电极界面处的复合，提高器件性能，优选厚度为8nm。所述电极腐蚀抑制层5为苯并三氮唑及其衍生物、巯基苯丙噻唑等中的一种或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池，包括在衬底上叠层设置的空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极，其特征在于电子传输层与金属电极之间设置含有N、S杂原子的电极腐蚀抑制层，组成保护电极的钙钛矿太阳能薄膜电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种抑制电极腐蚀的钙钛矿电池，包括在衬底上叠层设置的空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极，其特征在于电子传输层与金属电极之间设置含有N、S杂原子的电极腐蚀抑制层，组成保护电极的钙钛矿太阳能薄膜电池。


2.一种权利要求1所述抑制电极腐蚀的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于采用溶液旋涂或蒸镀工艺在衬底上依次沉积空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和金属电极，所述电极腐蚀抑制层为旋涂或蒸镀沉积的聚合物薄膜，其厚度为1~10nm；所述聚合物薄膜为苯并三氮唑及其衍生物、巯基苯丙噻唑中的一种或两种以上的混合；所述钙钛矿薄膜为旋涂制备的ABX3有机-无机杂化材料薄膜层，其厚度为400nm~500nm；所述衬底为硅片、ITO导电玻璃片或不锈钢片；所述空穴传输层为旋涂制备的聚[3-（丁酸甲胺盐）噻吩]薄膜层，其厚度为5nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊锋，李晓冬，
申请(专利权)人：华东师范大学，
类型：发明
国别省市：上海;31