一种钙钛矿太阳能电池p/i界面的修饰方法技术

本发明专利技术提供一种对钙钛矿太阳电池p/i界面的修饰方法，钙钛矿太阳电池包括透明导电衬底、空穴传输层、p/i界面修饰层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，所述p/i界面修饰层为二甲双胍盐酸盐。本发明专利技术通过该界面修饰层，可有效提高空穴传输材料对钙钛矿溶液的浸润性，从而提高钙钛矿薄膜的结晶质量。同时该修饰层可有效钝化钙钛矿缺陷，对太阳电池的开路电压、短路电流密度、填充因子、光电转换效率都有显著的提升作用;本发明专利技术提出的修饰方法为制备高效的钙钛矿太阳电池提供了一个广阔前景。阔前景。阔前景。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池p/i界面的修饰方法


[0001]本专利技术涉及光电功能材料与器件
本专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池p/i界面的修饰方法，p/i界面修饰层的引入能够大幅度改善钙钛矿溶液在衬底上的浸润性进而提高钙钛矿太阳电池器件的性能，同时涉及到了钙钛矿材料缺陷钝化的问题。

技术介绍

[0002]自从钙钛矿材料被应用在光伏领域以来，其不断增长的效率、低温溶液处理以及低廉的材料成本有望进一步降低电力成本。目前为止，单结钙钛矿太阳电池（PSC）已达到25.5％的认证光电转换效率（PCE），这主要归因于钙钛矿具有优异的光电性能，如高光吸收系数，可调带隙，低激子结合能，较长的载流子寿命和扩散长度。在不同结构的PSC器件中，倒置平面（p
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i
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n）钙钛矿太阳电池因其迟滞小、制备工艺简单、可低温制备、可用于叠层电池等优势，在光伏领域有广阔的应用前景。
[0003]目前在p
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i
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n型钙钛矿太阳电池中最常用的两种有机空穴传输层（HTL）材料是：聚(3,4
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乙烯二氧噻吩)
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聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）和聚[双(4
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苯基)(2,4,6
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三甲基苯基)胺]（PTAA）。PTAA广泛用于p
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n型PSC中代替PEDOT:PSS。其比PEDOT:PSS有更匹配的能级和更好的载流子传输性能，而且其自身呈现中性，可明显改善电池的长期稳定性。但是PTAA存在浸润性问题，其上很难形成完全覆盖的致密钙钛矿薄膜，严重影响了钙钛矿薄膜的质量和表面形貌。因此利用PTAA来实现高效p
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i
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n型PSC，需要克服表面浸润性问题。
[0004]此外，低形成能的钙钛矿材料其有机组分易从表面逸出，从而造成表面或晶界缺陷，严重影响了器件的效率和稳定性。因此，钙钛矿薄膜的表面改性和缺陷钝化是实现高效率和稳定性的关键。

技术实现思路

[0005]（一）：专利技术目的本专利技术主要在p/i界面处引入DMBG修饰层，发现其不仅可以提高PTAA对钙钛矿溶液的浸润性，也可以改善其上层的钙钛矿薄膜的结晶质量，同时还可实现对钙钛矿缺陷的钝化，从而改善钙钛矿太阳电池的性能。
[0006]（二）：技术方案一种钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底、空穴传输层、p/i界面修饰层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，其中，所述p/i界面修饰层为二甲双胍盐酸盐材料（简称DMBG），所述二甲双胍盐酸盐材料分子结构为。
[0007]所述的太阳能电池，其中，DMBG可有效提高器件的短路电流、开路电压、填充因子、光电转换效率等光伏参数。
[0008]所述的DMBG修饰层，其中，可有效提高空穴传输材料对钙钛矿溶液的浸润性，进而在空穴传输层上获得大晶粒、高质量钙钛矿薄膜。
[0009]所述的DMBG修饰层，其中，能够有效的阻止钙钛矿层与衬底的直接接触，能够抑制界面载流子复合及漏电流。
[0010]所述的DMBG修饰层，其中，能够减少钙钛矿薄膜内部孔隙，抑制界面复合及漏电流。
[0011]所述的DMBG修饰层，其中，能够使钙钛矿薄膜表面平整致密，利于其上高质量电子传输层的制备，并改善钙钛矿与电子传输层间的电学接触。
[0012]（三）有益效果：本专利技术提供一种对钙钛矿太阳电池p/i界面的修饰方法，在空穴传输层和钙钛矿活性层中间引入DMBG修饰层可以通过静电相互作用钝化电荷缺陷并且有效改善空穴传输层表面的疏水特性，提高钙钛矿膜的成膜质量降低缺陷密度，大幅度改善太阳电池器件的性能。本专利技术为钙钛矿太阳电池的p/i界面修饰提供了一种新的思路，为制备出高效的钙钛矿太阳电池提供了一个广阔的前景。
附图说明
[0013]图1为本专利技术钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2 为本专利技术优选实例中ITO/PTAA/DMBG/PVK/PCBM/BCP/Au结构的完整器件SEM断面图；图3为本专利技术优选实例中无修饰和具有不同浓度DMBG界面修饰层的器件的典型J
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V曲线;图4为本专利技术优选实例中（a）原始（b）有DMBG修饰的PTAA薄膜对DMF接触角在3分钟内的变化趋势图;图5为本专利技术优选实例中（a）原始（b）5
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G，（c）10
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G，（d）15
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G修饰PTAA薄膜后的表面AFM图;图6为本专利技术优选实例中（a）无DMBG修饰（b）
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（d）分别用5
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G、10
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G、15
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G修饰PTAA薄膜上的钙钛矿薄膜表面SEM图；图7为本专利技术优选实例中（a）无DMBG修饰（b）用10
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G修饰PTAA薄膜上钙钛矿的SEM断面图；图8为本专利技术优选实例中无修饰和不同浓度DMBG界面修饰层上的钙钛矿薄膜的稳态PL光谱；图9为本专利技术优选实例中无修饰和不同浓度DMBG界面修饰层上的钙钛矿薄膜的TRPL光谱。
具体实施方式
[0014]下面结合优选的实施例以及完整的测试结果对本专利技术做进一步详细说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本专利技术，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本专利技术的保护范围。
[0015]本专利技术提供的一种钙钛矿太阳能电池，如图1所示，包括透明导电衬底1、空穴传输层2、二甲双胍修饰层3、钙钛矿活性层4、电子传输层5、空穴阻挡层6和金属电极7。
[0016]本专利技术所述二甲双胍修饰层3是包括三个胺基化合物的材料，其中胺基可以通过静电相互作用钝化电荷缺陷，而胍具有三个胺基，同时胍还具有优异的钝化效果，因此，利用多胍分子可以使钝化位点增多，更有利于钝化缺陷。所述空穴传输层2为P型导电大分子聚合材料PTAA，该类材料表现为较为严重的疏水特性，限制了高质量钙钛矿薄膜在其上方的制备。本专利技术通过提出独有的策略，在空穴传输层2与钙钛矿活性层4中间加入二甲双胍修饰层3，能够有效的解决上述疏水问题，从而得到一种高质量的钙钛矿太阳能电池，太阳能电池的性能也大幅度提升。
[0017]本专利技术所述DMBG溶液的制备步骤为：将采用DMSO 作为溶剂溶解DMBG。首先用精密天平分别称取5 mg，10 mg，15 mg的DMBG放入小瓶中，接下来向小瓶中加入1 mL的DMSO，摇晃5分钟左右直至DMBG完全溶解，分别得到浓度为5 mg/mL，10 mg/mL，15 mg/mL的澄清透明的DMBG溶液，本专利技术将DMBG溶液的不同浓度分别命名为5
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G，10
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G，15
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G。
[0018]所述DMBG界面修饰能够优化钙钛矿太阳电池器件的性能，本专利技术采用两步法制备了倒置平面钙钛矿太阳电池，其器件结构为ITO玻璃/ PTAA /DM本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底、空穴传输层、p/i界面修饰层、钙钛矿活性层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，其特征在于，所述p/i界面修饰层为二甲双胍盐酸盐材料（简称DMBG），所述二甲双胍盐酸盐材料分子结构为。2.根据权利要求1所述太阳能电池，其特征在于，DMBG可有效提高器件的短路电流、开路电压、填充因子、光电转换效率等光伏参数。3.根据权利要求2所述DMBG修饰层，其特征在于，可有效提高空穴传输材料对钙钛矿溶液的浸...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁毅，韩梅斗雪，吴燕，王雅，侯敏娜，侯国付，赵颖，张晓丹，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：