一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新型光伏太阳能电池技术领域，提供了一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、界面修饰层、空穴传输层和对电极；所述界面修饰层的制备原料包括含有环状基团的胺基化合物。本发明专利技术利用含环状基团的胺基化合物形成界面修饰层，能够有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，在抑制载流子的非辐射复合的同时能够显著提高器件的对湿度的抵抗力，改善器件的效率与稳定性。改善器件的效率与稳定性。改善器件的效率与稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及新型光伏太阳能电池
，尤其涉及一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿型太阳能电池具有优异的光电性能，是目前最主要的光伏技术之一。钙钛矿太阳能电池的认证功率转换效率在短短几年内从约3.8％迅速提高到25.5％以上。有机
‑
无机卤化铅钙钛矿具有载流子迁移率高、带隙可调、吸收系数高、载流子扩散长度长等优点，是一种经济可行的硅基太阳能电池替代品。然而，有机
‑
无机卤化物钙钛矿结构器件的效率低、稳定性差，是阻碍其实际应用的主要问题。
[0003]众所周知，钙钛矿太阳能电池中的一次能量损失归因于晶体表面和晶界载流子的非辐射复合。由于钙钛矿晶体表面存在缺陷，会导致水分子扩散和离子迁移，降低器件的稳定性。为了提高钙钛矿薄膜的质量，人们提出了几种工程方法，如溶剂工程、缺陷工程、溶剂退火和表面钝化、添加剂工程等。在钙钛矿缺陷的各种钝化修饰策略中，路易斯酸/碱和两性离子得到了广泛的研究。目前，本领域对钙钛矿晶体进行界面修饰常用的路易斯酸/碱为二乙醇胺、三正辛基氧膦、噻吩和吡啶等，但是这些物质提高钙钛矿稳定性的效果仍然较差，钙钛矿太阳能电池的效率仍然有待提高。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术采用含有环状基团的胺基化合物制备界面修饰层，能够显著提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、界面修饰层、空穴传输层和对电极；所述界面修饰层的制备原料包括含有环状基团的胺基化合物。
[0007]优选的，所述含有环状基团的胺基化合物包括环己基乙胺、十二氢二苯胺、N
‑
甲基环丁胺、4
‑
乙基环己胺、4
‑
环己基丁烷
‑1‑
胺、2
‑
环己基乙胺、2
‑
甲基环己胺、2,6
‑
二甲基环己烷
‑1‑
胺、1,3
‑
双(氨甲基)环己烷、1,4
‑
双(氨甲基)环己烷和4,4
‑
二氨基二环己基甲烷中的一种或几种。
[0008]优选的，所述界面修饰层的厚度为90～100nm。
[0009]优选的，所述基底层为FTO玻璃；所述电子传输层为二氧化钛；所述钙钛矿吸光层为Cs0.05(MA0.17FA0.83)0.95Pb(I0.83Br0.17)3；所述空穴传输层为2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴、三氟甲烷磺酰亚胺锂和4
‑
叔丁基吡啶混合材料；所述对电极为金属电极。
[0010]优选的，所述基底层的厚度为2～2.2mm，电子传输层的厚度为40～60nm，钙钛矿吸光层的厚度为450～550nm，空穴传输层的厚度为80～100nm，对电极的厚度为80～100nm。
[0011]本专利技术还提供了上述方案所述基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0012]在基底层表面依次制备电子传输层、钙钛矿吸光层、界面修饰层和空穴传输层；在所述空穴传输层表面蒸镀对电极，得到基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池；
[0013]其中，所述界面修饰层的制备方法包括：将含有环状基团的胺基化合物溶解于溶剂中，得到界面修饰层前驱体溶液；将所述界面修饰层前驱体溶液涂覆在所述钙钛矿吸光层表面后进行第一退火，得到所述界面修饰层。
[0014]优选的，所述第一退火的温度为90～110℃，时间为5～15min。
[0015]优选的，当所述含有环状基团的胺基化合物为环己基乙胺时，所述界面修饰层前驱体溶液的浓度为0.25～1mg/mL。
[0016]优选的，所述电子传输层的制备方法包括：将二氧化钛量子点溶液涂覆在基底层表面，然后进行第二退火，得到所述电子传输层；所述第二退火的温度为400～600℃，时间为20～40min；
[0017]所述钙钛矿吸光层的制备方法包括：将甲基碘化铵、碘化铅、溴化钾胺、碘化铯和碘化甲脒的混合溶液涂覆在所述电子传输层表面，然后进行第三退火，得到所述钙钛矿吸光层；所述第三退火的温度为90～110℃，时间为50～70min；
[0018]所述空穴传输层的制备方法包括：将2,2',7,7'
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四[N,N
‑
二(4
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甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴、三氟甲烷磺酰亚胺锂和4
‑
叔丁基吡啶的混合溶液涂覆于所述界面修饰层表面，得到所述空穴传输层。
[0019]优选的，在基底层表面制备电子传输层前，还包括将所述基底层清洗后进行臭氧处理和等离子表面处理；所述臭氧处理的时间为15～30min，所述等离子表面处理的时间为10～15min。
[0020]本专利技术提供了一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、界面修饰层、空穴传输层和对电极；所述界面修饰层的制备原料包括含有环状基团的胺基化合物。本专利技术利用含环状基团的胺基化合物在钙钛矿吸光层与空穴传输层之间形成界面修饰层，钝化钙钛矿层表面及晶界处的缺陷，改善材料的质量；同时本专利技术使用的胺基化合物中含有环状基团，和链状基团相比，环状基团更加稳定，更有利于载流子的传输，减少了钙钛矿结构中载流子非辐射复合。另外，胺基化合物中的环状基团还具有疏水作用，因而界面修饰层还能提高钙钛矿层的疏水性，避免钙钛矿受潮分解。本专利技术利用含环状基团的胺基化合物形成界面修饰层，能够有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，实施例结果表明，本专利技术提供的基于环己基乙胺界面修饰层钙钛矿太阳能电池与没有环己基乙胺界面修饰层的钙钛矿太阳能电池相比，电池的开路电压和填充因子都有明显提升，稳定性也有所改善。本专利技术对钙钛矿太阳能电池的加速商业化具有重要的战略意义。
[0021]本专利技术还提供了上述方案所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，本专利技术提供的制备方法步骤简单，容易操作。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0023]图2为实施例2制备的基于环己基乙胺界面修饰层的钙钛矿太阳能电池的截面扫描电镜图；
[0024]图3为对比例中未制备界面修饰层时，原始钙钛矿薄膜的扫描电镜图；
[0025]图4为实施例2制备的环己基乙胺修饰后的钙钛矿薄膜的扫描电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于胺基化合物界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，自下而上依次包括基底层、电子传输层、钙钛矿吸光层、界面修饰层、空穴传输层和对电极；所述界面修饰层的制备原料包括含有环状基团的胺基化合物。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述含有环状基团的胺基化合物包括环己基乙胺、十二氢二苯胺、N
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甲基环丁胺、4
‑
乙基环己胺、4
‑
环己基丁烷
‑1‑
胺、2
‑
环己基乙胺、2
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甲基环己胺、2,6
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二甲基环己烷
‑1‑
胺、1,3
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双(氨甲基)环己烷、1,4
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双(氨甲基)环己烷和4,4
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二氨基二环己基甲烷中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述界面修饰层的厚度为90～100nm。4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底层为FTO玻璃；所述电子传输层为二氧化钛；所述钙钛矿吸光层为Cs
0.05
(MA
0.17
FA
0.83
)
0.95
Pb(I
0.83
Br
0.17
)3；所述空穴传输层为2,2',7,7'
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四[N,N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9,9'
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螺二芴、三氟甲烷磺酰亚胺锂和4
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叔丁基吡啶混合材料；所述对电极为金属电极。5.根据权利要求1或4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底层的厚度为2～2.2mm，电子传输层的厚度为40～60nm，钙钛矿吸光层的厚度为450～550nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢奕明，廖明月，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：