一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其包括从下到上依次层叠设置的导电基底、空穴传输层、界面改性层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层和金属阴极；空穴传输层为氧化镍，界面改性层为厚度2～5nm的六氟磷酸钾(KPF6)。本发明专利技术在空穴传输层和钙钛矿吸光层之间引入KPF6作为界面改性层，不仅可以通过Ni

【技术实现步骤摘要】
一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，尤其是一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿太阳能电池在光伏行业，突飞猛进，其光电转换效率从最初的3.8％，在短短的十来年里迅速发展到25.6％，这种增速给绿色能源革命，带来了莫大的鼓舞。钙钛矿材料具有可调带隙、载流子寿命长、载流子扩散长度长、激子结合能低、摩尔消光系数高、低成本和易于制备等优势。根据肖克利
‑
奎瑟极限理论的计算，一种带隙为1.6eV的光吸收材料可以达到大约30.5％的理论极限效率，这意味着钙钛矿太阳能电池能在光伏领域进一步发展。
[0003]目前，高光电转换效率的有机
‑
无机杂化钙钛矿主要是三维结构，但其对湿度极其敏感，在潮湿条件下会迅速分解。研究人员发现在三维钙钛矿中引入长链有机阳离子制得的二维钙钛矿可以阻挡水和氧分子。主要原因是长链有机胺具有疏水性，从而改善了钙钛矿的稳定性。因此，制造准二维钙钛矿吸收层是提高的钙钛矿太阳能电池稳定性的有效方法。所以说，准二维钙钛矿太阳能电池具有十分广阔的发展前景。
[0004]但是，在钙钛矿太阳能电池器件中，界面上的光生成载流子的复合概率比体相位的复合概率要大得多。钙钛矿多晶薄膜的界面被认为是一个富含缺陷的区域，这是限制钙钛矿太阳能电池效率的主要因素。在以往的对准二维钙钛矿太阳能电池的研究，主要集中在钙钛矿吸光层，很少关注界面处的载流子的非辐射复合。这就会导致在载流子传输层和钙钛矿吸光层界面处的载流子复合严重，大大损害了准二维钙钛矿太阳能电池的器件性能。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对准二维钙钛矿太阳能电池存在的载流子传输层和钙钛矿吸光层界面处的载流子复合严重的问题，提供一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0006]本专利技术提供的反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其结构包括：从下到上依次层叠设置的导电基底、空穴传输层、界面改性层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层和金属阴极。所述空穴传输层为氧化镍，界面改性层为厚度为2～5nm的六氟磷酸钾(KPF6)。
[0007]所述钙钛矿吸光层为A
’2A
n
‑1B
n
X
3n+1
，n＝1～∞,n∈R，其中，A
’
是长链胺有机阳离子或芳香胺有机阳离子，A为甲胺离子，B为铅离子或锡离子，X为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的一种或几种。
[0008]所述电子传输层为富勒烯衍生物薄膜，厚度为10～40nm。
[0009]所述界面修饰层为浴铜灵、氟化锂和氧化钛中的一种，界面修饰层厚度为2～5nm。
[0010]上述反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池的制备方法，步骤如下：
[0011]S1、将氧化镍前驱体溶液，通过旋涂的方法沉积在导电基底上，进行退火处理，得
到空穴传输层。
[0012]其中，氧化镍前驱体溶液的配制：将醋酸镍溶于乙醇中，并加入乙醇胺；然后在60℃室温条件下搅拌反应6～10h，得到氧化镍前驱体溶液。
[0013]退火处理过程中，退火温度为260～360℃，退火时间为40～60min。
[0014]S2、在空穴传输层上旋涂沉积KPF6乙腈溶液，进行退火处理，退火温度为60～100℃，退火时间为1～5min，得到界面改性层。
[0015]S3、将钙钛矿前驱体溶液旋涂沉积在界面改性层上，进行退火处理，退火温度为80～120℃，退火时间为10min，得到钙钛矿吸光层。
[0016]S4、将富勒烯衍生物溶液旋涂沉积在钙钛矿吸光层上，进行退火处理，退火温度为65～80℃，退火时间为10
‑
20min，得到电子传输层。
[0017]S5、将界面修饰层的前驱体溶液通过旋涂沉积在电子传输层上，得到界面修饰层。
[0018]S6、在界面修饰层上镀阴极金属镀层，采用真空蒸发镀膜进行制备，真空度为6
×
10
‑4Pa，即可得到反式平面钙钛矿太阳能电池。
[0019]优选的是，所述步骤S2中，旋涂速度为5000rpm，时间为40s，旋涂结束后，在热台上70℃退火2min，得到界面改性层。
[0020]优选的是，所述步骤S3具体为：将碘化铅、甲胺碘和丁胺碘溶于DMF(N，N
‑
二甲基甲酰胺)和DMSO(二甲基亚砜)的混合溶液中，混合溶液中DMF与DMSO的体积比为1:3，60℃条件下搅拌8h，得到BA2MA3Pb4I
13
前驱体溶液，在步骤S2得到的界面改性层上旋涂BA2MA3Pb4I
13
前驱体溶液，旋涂速度为5000rpm，时间为20s，随后100℃退火10min，即得到钙钛矿吸光层薄膜。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益之处在于：
[0022](1)本专利技术利用KPF6改性氧化镍层，提高氧化镍空穴传输层的电导率，同时钝化准二维钙钛矿吸光层界面处缺陷，大幅提高空穴传输层对空穴载流子的提取，使得制备出的准二维钙钛矿太阳能电池器件具有优异的光伏性能。
[0023](2)本专利技术在空穴传输层氧化镍上沉积一层界面改性层KPF6，一方面，PF6‑
与钙钛层中的丁胺(CH3(CH2)3NH
3+
)和甲胺(CH3NH
3+
)形成氢键，调控其垂直相分布，并改善钙钛矿薄膜的质量，从而改善钙钛矿层和氧化镍层的界面接触，提高空穴传输层对空穴载流子的提取能力，降低二者界面之间的非辐射复合。最终，使钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从11.83％提高到了13.56％。另一方面，PF6‑
通过与氧化镍形成Ni
‑
F键钝化氧化镍表面缺陷，提高NiO
x
薄膜电导率，改善钙钛矿薄膜的质量，得到光滑，针孔显著减少，晶粒尺寸略微增大的准二维钙钛矿薄膜。
[0024]本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
[0025]图1为实施例1中的准二维钙钛矿太阳能电池结构示意图。
[0026]图2为实施例1中的钙钛矿吸光层薄膜的SEM图。
[0027]图3为实施例1的有KPF6修饰的器件和对比例1的没有KPF6修饰的器件的暗态J
‑
V曲线。
[0028]图4、图5为本专利技术实施例1的薄膜和对比例1薄膜的X射线光电子能谱技术(XPS)。
[0029]图6为本专利技术实施例1和对比例1的电池的J
‑
V曲线。
具体实施方式
[0030]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、空穴传输层、界面改性层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层和金属阴极；所述空穴传输层为氧化镍，所述界面改性层为厚度2～5nm的六氟磷酸钾。2.如权利要求1所述的反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为A
’2A
n
‑1B
n
X
3n+1
，n＝1～∞,n∈R，其中，A
’
是长链胺有机阳离子或芳香胺有机阳离子，A为甲胺离子，B为铅离子或锡离子,X为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
中的一种或几种。3.如权利要求1所述的反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为富勒烯衍生物薄膜，厚度为10～40nm。4.如权利要求1所述的反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述界面修饰层为浴铜灵、氟化锂和氧化钛中的一种，界面修饰层厚度为2～5nm。5.一种如权利要求1
‑
4任意一项所述的反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将氧化镍前驱体溶液通过旋涂的方法沉积在导电基底上，进行退火处理，得到空穴传输层；S2、在空穴传输层上旋涂沉积六氟磷酸钾的乙腈溶液，进行退火处理，退火温度为60～100℃，退火时间为1～5min，得到界面改性层；S3、将钙钛矿前驱体溶液旋涂沉积在界面改性层上，进行退火处理，退火温度为80～120℃，退火时间为10m...

【专利技术属性】
技术研发人员：于华，侯鸿铭，张倩，刘金龙，颜卓菲，汤星，陈俊文，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：