一种钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法，将CsTFA溶解在邻二氯苯中制备出浓度为1

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于制备工艺简单、成本低廉、载流子寿命长、迁移率高等优点，近年来得到了广泛的关注和快速的发展，PSCs达到了超过25%的高功率转换效率。在典型的PSC中，无论是介孔结构还是平面结构，都是由电子传输层（ETL）和空穴传输层（HTL）和钙钛矿吸收层堆叠在一起，这会产生几个界面。因此，除了材料本身，界面优化对PSCs的性能提升也起着重要的作用。最近的研究表明，钙钛矿/HTL或ETL/钙钛矿界面的开路电压（VOC）低、电流
‑
电压曲线（I
‑
V曲线）迟滞现象明显、稳定性差与缺陷和陷阱状态有关。界面工程是提高PSCs性能的有效途径。
[0003]在有机无机杂化卤化物钙钛矿中，界面反映有机分子或金属卤化物单元的终止状态直接影响到薄膜的表面电位、电子结构以及化学反应。当前，性能较好的钙钛矿太阳能电池普遍采用甲脒（FA
+
）为基础的复杂组分的钙钛矿活性层，这种钙钛矿组分的复杂性同样反映在相邻的界面上。界面能级的排列、缺陷态分布和化学反应途径等因素可能影响器件的光伏性能和稳定性。在实际情况中，晶体生长速度较快且通常需要进行后退火处理，从而不可避免的产生各种结构缺陷，例如空位缺陷、反位缺陷、间质缺陷、以及金属铅和碘单质缺陷。此外，由于钙钛矿为离子型半导体，固有的缺陷是带电的，其带电缺陷的迁移会严重影响器件的长期稳定性。其次，在富甲脒钙钛矿中，FAPbI3钙钛矿相变也与缺陷密切相关。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供了一种结构更加稳定且使用性能更好的钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法，其特征在于具体过程为：将CsTFA溶解在邻二氯苯中制备出浓度为1
‑
10mg/mL的CsTFA溶液，将制备的CsTFA溶液旋涂到钙钛矿太阳能电池光吸收层FACsPbI3薄膜上，旋凃过程中旋涂速度为5000rpm，旋涂时间30s，再于70℃退火20min，然后于100℃退火20min制备出CsTFA修饰的钙钛矿薄膜，采用CsTFA对FA基钙钛矿光吸收层表面进行表面修饰，TFA
‑
能够有效钝化碘空位；同时Cs
+
离子的引入钝化了阳离子空位，使表面位置晶格收缩，结构更加稳定，进而保护内部结构的稳定性。
[0006]进一步限定，所述钙钛矿太阳能电池光吸收层FACsPbI3薄膜的具体制备过程为：步骤S1：将DMF和DMSO按体积比为1:8
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10充分搅拌混合制备混合溶剂；步骤S2：配制含有645.4mg PbI2、216.7mg FAI和6.4mg CsI的混合物，再将该混合物添加到1mL步骤S1得到的混合溶剂中得到FACsPbI3前驱体溶液；步骤S3：将步骤S2得到的FACsPbI3前驱体溶液涂覆到钙钛矿太阳能电池缓冲层
PCBM薄膜上，采用两步法旋转镀膜工艺制备PCBM薄膜，第一步和第二步的旋涂速度分别为500
‑
1000rpm和4000
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5000rpm，对应的旋涂时间分别为10
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20s和40
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50s，在第二步开始的5
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8s时将100μL乙酸乙酯沉积在样品上；步骤S4：将步骤S3处理后的衬底立放置在热板加热20
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30min，加热温度为100℃，最终得到钙钛矿太阳能电池光吸收层FACsPbI3薄膜。
[0007]研究表明碘空位的存在会降低FAPbI3钙钛矿立方相到六方相的相变势垒，从而加速其降解。如果采用碘化物对碘空位进行钝化，难免会引入多余的I
‑
离子，产生新的碘间质缺陷，因此采用I
‑
的替代物钝化空位缺陷是一种可行的方法。考虑到碘化铵盐一般由铵盐和氢碘酸通过中和反应合成，这种酸可以在中和作用下脱质子到它的共轭碱上。鉴于三氟乙酸低的pKa值（0.23），使其能够与大多数铵类发生反应，本专利技术选择三氟乙酸根（TFA
‑
）离子替代部分I
‑
离子，用于钝化碘空位缺陷。此外，FAPbI3相变的主要原因是由于大尺寸的FA
+
离子，大量研究表明引入少量的Cs
+
离子足以显著抑制α
‑
FAPbI3的相变。综合考虑，本专利技术采用CsTFA对FA基钙钛矿光吸收层表面进行表面修饰，TFA
‑
能够有效钝化碘空位；同时，Cs
+
离子的引入钝化了阳离子空位，使表面位置晶格收缩，结构更加稳定，进而保护内部结构的稳定性。结果表明，修饰后的器件表现出极好的运行稳定性，在标准模拟太阳光持续照射1000小时后仍保留超过90%的初始效率。本专利技术为钙钛矿太阳能电池的规模化应用提供了良好的基础。
[0008]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：本专利技术利用简单的旋涂法，采用CsTFA对FA基钙钛矿光吸收层表面进行修饰，TFA
‑
离子能够有效钝化碘空位，同时，Cs
+
离子的引入钝化了阳离子空位，使表面位置晶格收缩，结构更加稳定，进而保护内部结构的稳定性。结果，修饰后的器件表现出极好的运行稳定性，在AM1.5G模拟太阳光持续照射1000h后仍保留超过90%的初始效率。这些改进有利于提高器件的稳定性，为钙钛矿太阳能电池的商业化提供了新的途径。
附图说明
[0009]图1是实施例1中钙钛矿太阳能电池的结构图；图2是实施例1中CsTFA处理的钙钛矿薄膜随时间变化的SEM形貌图，其中a
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刚制备好崭新的薄膜表面形貌，b
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在空气中老化10天后的薄膜表面形貌，c
‑
在空气中老化30天后的薄膜表面形貌；图3是实施例1中CsTFA处理的钙钛矿薄膜时间变化的XRD图谱；图4是实施例1中CsTFA修饰器件的光稳定性测试曲线，在相对湿度约为30%，温度约为23℃的空气环境中采用AM1.5G模拟太阳光持续照射。
具体实施方式
[0010]以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0011]实施例1步骤100：ITO基底的清洗
步骤101：首先对ITO基底进行超声处理，依次利用清洗液、去离子水、丙酮和无水乙醇等对合适尺寸的ITO基底进行超声清洗，每次超声清洗时间为20min；步骤102：将经过步骤101清洗的ITO基底暴露在臭氧气氛中30min，以消除有机物残留；步骤200：电子层的制备步骤201：将SnO2胶体分散物用去离子水稀释，SnO2胶体分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法，其特征在于具体过程为：将CsTFA溶解在邻二氯苯中制备出浓度为1
‑
10mg/mL的CsTFA溶液，将制备的CsTFA溶液旋涂到钙钛矿太阳能电池光吸收层FACsPbI3薄膜上，旋凃过程中旋涂速度为5000rpm，旋涂时间30s，再于70℃退火20min，然后于100℃退火20min制备出CsTFA修饰的钙钛矿薄膜，采用CsTFA对FA基钙钛矿光吸收层表面进行表面修饰，TFA
‑
能够有效钝化碘空位；同时Cs
+
离子的引入钝化了阳离子空位，使表面位置晶格收缩，结构更加稳定，进而保护内部结构的稳定性。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池光吸收层表面钝化方法，其特征在于所述钙钛矿太阳能电池光吸收层FACsPbI3薄膜的具体制备过程为：步骤S1：将DMF和DMSO按体积比为1:8
‑
10充...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，刘天啸，张志芳，李鉴华，黎文峰，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：