一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、PMAI层、CsPbBr

【技术实现步骤摘要】
一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
新能源是科学发展的动力基础，是解决能源短缺、环境污染的重要战略。太阳能作为可再生的清洁能源，具有绿色环保、储量丰富的优点，在众多新能源中备受关注。太阳能电池技术是一种直接将太阳能转换成电能的关键技术，大致分为第一代硅基太阳能电池、第二代薄膜太阳能电池和目前正在重点研发的第三代新型太阳能电池三种，其中的第三代新型太阳能电池如量子点太阳能电池、有机太阳能电池以及钙钛矿太阳能电池(Perovskitesolarcells，PSCs)等。钙钛矿太阳能电池由于其光电性能优异、制备工艺简单、制备成本低等优点，在短短十年间光电转换效率(PCE)从3.8％增长到了25.5％，几乎可以媲美商业化的硅基太阳能电池。钙钛矿太阳能电池的Shockley-Queisser(肖克利-奎伊瑟)理论极限效率为33％，相比于其他类型的光伏器件，PCE仍有很大的提升空间。然而，由于钙钛矿材料的离子特性和制备工艺，钙钛矿表面存在各种类型的缺陷，主要包括碘离子空位、铅离子间隙、Pb-I反位缺陷以及未成键的铅原子缺陷。这些缺陷会导致大量的非辐射复合，抑制界面电荷的分离和提取，降低器件的效率和稳定性。界面钝化已经被证明是解决上述缺陷问题的最有效方法，因此各种功能性的界面材料被用于钙钛矿表面的缺陷钝化，以提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。目前，大部分的研究都是基于一种界面层，或者在钙钛矿层的两面分别沉积界面层，来提高器件的光伏性能。然而，一种界面层的功能性是有限的，很难实现大幅度的效率提升。
技术实现思路
针对上述现有技术中界面层功能单一的问题，本专利技术提供了一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法，利用双界面层的协同作用，有效提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极，其特征在于，所述钙钛矿吸收层和空穴传输层之间还依次设有苯甲基碘化铵(PMAI)层和CsPbBr3量子点。进一步地，所述PMAI层的厚度不超过10nm。一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：在透明导电玻璃上沉积电子传输层；步骤2：在电子传输层上制备钙钛矿吸收层；步骤3：将苯甲基碘化铵(PMAI)溶于异丙醇中，得到浓度为1～15mg/mL的PMAI溶液，旋涂于步骤2所得钙钛矿吸收层上，获得PMAI层；步骤4：将CsPbBr3量子点溶于氯苯中，得到浓度为2～10mg/mL的CsPbBr3量子点溶液，旋涂在步骤3所得PMAI层上，获得CsPbBr3量子点；步骤5：在步骤4所得CsPbBr3量子点上依次制备空穴传输层和金属电极。进一步地，步骤1中所述电子传输层的材料为二氧化锡或二氧化钛。进一步地，步骤2中所述钙钛矿吸收层为FA1-xMAxPbI3钙钛矿吸收层、(FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x钙钛矿吸收层或Cs0.2FA0.8PbI3钙钛矿吸收层。进一步地，步骤2制备FA1-xMAxPbI3钙钛矿吸收层的具体步骤如下：步骤2.1：将碘化铅(PbI2)溶于DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和DMSO(二甲基亚砜)的体积比为9:1的混合溶剂中，得到PbI2的浓度为1.3～1.5M的PbI2溶液，将PbI2溶液旋涂于步骤1所得电子传输层上，获得PbI2薄膜；步骤2.2：将甲脒碘(FAI)、甲胺碘(MAI)、甲胺氯(MACl)按质量比30：2：3的比例溶于异丙醇中，得到FAI的浓度为90mg/mL的混合溶液，将混合溶液旋涂于步骤2.1所得PbI2薄膜上，获得混合薄膜；步骤2.3：将步骤2.2所得混合薄膜在150℃下退火15min，制得FA1-xMAxPbI3钙钛矿吸收层。进一步地，步骤3中旋涂的条件为：在4000～6000rpm的旋转速度下旋涂30s。进一步地，步骤4中旋涂的条件为：在4000～6000rpm的旋转速度下旋涂30s。进一步地，步骤5中所述金属电极的材料为Au、Ag或Cu等金属材料。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术采用苯甲基碘化铵(PMAI)层和CsPbBr3量子点作为双界面层，修饰钙钛矿吸收层；其中，PMAI层可有效钝化钙钛矿吸收层表面的缺陷，减少界面的非辐射复合，有利于界面电荷的转移，而CsPbBr3量子点可以进一步促进载流子的提取和传输，PMAI层和CsPbBr3量子点的协同作用共同提高了界面的电荷传输性能，实现高效率的钙钛矿太阳能电池，效率可达22.06％，有助于加快钙钛矿太阳能电池的商业化步伐；2、本专利技术通过表面旋涂的方式在钙钛矿表面先后制备PMAI层和CsPbBr3量子点，操作简单可控，具有低能耗的优势。附图说明图1为本专利技术实施例1所得双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术实施例1制备FA1-xMAxPbI3钙钛矿吸收层、PMAI层和CsPbBr3量子点的流程图；图3为本专利技术实施例1、对比例1和对比例2中钙钛矿吸收层的时间分辨光致发光光谱TRPL图；图4为本专利技术实施例1、对比例1和对比例2中钙钛矿太阳能电池的电化学阻抗谱EIS图图5为本专利技术实施例1、对比例1和对比例2所得钙钛矿太阳能电池的光伏参数统计图；图6为本专利技术实施例1所得双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池的正反扫电流密度-电压曲线图。具体实施方式下面结合实施例和说明书附图对本专利技术的原理和特性进行详细阐述：实施例1本实施例制备了一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池(PMAI+QDs)，器件结构示意图如图1所示，自下而上依次为：ITO导电玻璃(ITO)、SnO2电子传输层(SnO2)、FA1-xMAxPbI3钙钛矿吸光层(Perovskite)、PMAI层(PMAI)、CsPbBr3量子点(CsPbBr3QDs)、空穴传输层(Spiro-OMeTAD)、金属电极(Au)；制备方法具体包括如下步骤：步骤1：清洗衬底：本实施例选用ITO导电玻璃作为衬底，即铟掺杂二氧化锡(SnO2:In)；首先使用洗洁剂与纳米海绵对ITO导电玻璃进行初步清洁，然后使用去离子水冲洗数次，将冲洗后的衬底依次采用丙酮、无水乙醇、去离子水作为溶剂进行超声处理，超声处理后的ITO导电玻璃用氮气吹干后，再使用氧等离子体处理12min，以进一步去除衬底表面有机物，同时增强衬底材料表面的键合力和附着力；步骤2：制备电子传输层：本实施例选用二氧化锡SnO2薄膜作为电子传输层；将从公司购买的体积分数为15％的SnO2水溶液和去离子水按体积比为1:4.5的比例混合，得到Sn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极，其特征在于，所述钙钛矿吸收层和空穴传输层之间还依次设有PMAI层和CsPbBr

【技术特征摘要】
1.一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极，其特征在于，所述钙钛矿吸收层和空穴传输层之间还依次设有PMAI层和CsPbBr3量子点。


2.根据权利要求1所述双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述PMAI层的厚度不超过10nm。


3.一种双界面层修饰的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在透明导电玻璃上沉积电子传输层；
步骤2：在电子传输层上制备钙钛矿吸收层；
步骤3：将PMAI溶于异丙醇中，得到浓度为1～15mg/mL的PMAI溶液，旋涂于钙钛矿吸收层上，获得PMAI层；
步骤4：将CsPbBr3量子点溶于氯苯中，得到浓度为2～10mg/mL的CsPbBr3量子点溶液，旋涂于PMAI层上，获得CsPbBr3量子点；
步骤5：在CsPbBr3量子点上依次制备空穴传输层和金属电极。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘明侦，曾成松，曾鹏，赵海峰，李发明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51