一种提高二氧化锡-卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法技术

本发明专利技术属于光伏器件制备领域，具体为一种提高二氧化锡

【技术实现步骤摘要】
一种提高二氧化锡
‑
卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法


[0001]本专利技术属于光伏器件制备领域，具体为一种提高二氧化锡
‑
卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法。

技术介绍

[0002]经过近些年的快速发展，基于卤化铅钙钛矿材料的钙钛矿光伏电池实验室能量转换效率已经突破25％，受到各国研究者和工业界的关注。钙钛矿太阳能电池由透明导电玻璃电极、电子传输层、卤化铅钙钛矿光吸收层、空穴传输层及金属对电极组成。电池在工作过程中，卤化铅钙钛矿材料吸收太阳光，在与电子传输层和空穴传输层的界面处将电子和空穴传导至电子传输材料和空穴传输材料中，完成光生电子空穴对的物理空间分离。研究表明，卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料的界面性能直接影响光生载流子的分离效率，从而影响器件的光电转换性能。此外，上述两处界面性能还对电池稳定性起到关键作用，这使得对卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料界面处的优化就成为提高器件综合性能的关键。在正型结构钙钛矿太阳能电池制备中，通常在电子传输层上旋涂一层钝化材料，从而起到钝化电子传输层/卤化铅钙钛矿界面缺陷的作用。但这种下界面的处理方法存在如下问题：由于这些方法是在TiO2、SnO2等氧化物薄膜表面修饰钝化材料，在后续卤化铅钙钛矿薄膜制备过程中，这些钝化材料极易被钙钛矿前驱体溶剂溶解而偏离界面，致使界面的钝化效果显著下降。因此，开发正型结构钙钛矿太阳能电池下界面钝化的新方法，进一步优化卤化铅钙钛矿材料与电子传输材料的界面性能，从而改善下界面光生电子传输效率，对这种结构钙钛矿太阳能电池的性能提高具有重要意义。

技术实现思路

[0003]针对现有卤化铅钙钛矿太阳能电池下界面性能优化所存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种提高二氧化锡
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卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法。采用这种方法制备的SnO2/卤化铅钙钛矿薄膜及光伏器件，L
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天冬氨酸钝化材料被成功置于器件的下界面(即SnO2/卤化铅钙钛矿薄膜界面)，实现对SnO2电子传输材料/卤化铅钙钛矿材料界面缺陷的高效钝化，从而提高界面电子传输效率，电池的光电转换效率也因此提高。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种提高二氧化锡
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卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，包括如下步骤：
[0006](1)L
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天冬氨酸盐溶液配置：将L
‑
天冬氨酸盐溶解于去离子水中，室温搅拌0.5～2小时，得到L
‑
天冬氨酸盐溶液；其中，L
‑
天冬氨酸盐的摩尔浓度在0.05～0.5M之间；
[0007](2)L
‑
天冬氨酸盐
‑
SnO2薄膜的制备：将步骤(1)得到的L
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天冬氨酸盐溶液旋涂于含有SnO2电子传输材料的导电玻璃基片上，旋涂机转数为2000～4000rpm，旋涂时间为20～60秒；旋涂结束后，将所得基片在100～200℃下加热10～30分钟，得到L
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天冬氨酸盐
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SnO2薄膜基片；
[0008](3)L
‑
天冬氨酸盐
‑
SnO2薄膜基片的处理：将步骤(2)得到的L
‑
天冬氨酸盐
‑
SnO2薄
膜基片置于紫外臭氧清洗机中，处理10～30分钟；
[0009](4)SnO2/卤化铅钙钛矿界面的钝化：将卤化铅钙钛矿前驱体溶液滴加于步骤(3)得到的薄膜基片上，浸渍5～10秒，之后启动旋涂机，滴加反极性溶剂，旋涂结束后，将所得基片置于加热台上热处理后，制备卤化铅钙钛矿薄膜。
[0010]所述的提高二氧化锡
‑
卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，由于L
‑
天冬氨酸在钙钛矿前驱体溶液中的溶解度极低，L
‑
天冬氨酸分子得以保存在SnO2/卤化铅钙钛矿界面处，钝化界面缺陷，进而提高SnO2/卤化铅钙钛矿界面处的电子传输效率。
[0011]所述的提高二氧化锡
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卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，步骤(1)L
‑
天冬氨酸盐溶液配置时，L
‑
天冬氨酸盐为L
‑
天冬氨酸钠盐(CAS编号：3792
‑
50
‑
5)、L
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天冬氨酸钠盐一水合物(CAS编号：323194
‑
76
‑
9)、L
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天冬氨酸单钾盐水合物(CAS编号：1115
‑
63
‑
5)、L
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天冬氨酸镁盐(CAS编号：2068
‑
80
‑
6)或L
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天冬氨酸半镁盐二水合物(215533
‑
00
‑
9)。
[0012]所述的提高二氧化锡
‑
卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，L
‑
天冬氨酸在卤化铅钙钛矿前驱体溶液中具有低溶解度，滞留于SnO2电子传输层与卤化铅钙钛矿层的界面处，在钙钛矿薄膜上旋涂Spiro
‑
OMETAD空穴传输层、蒸镀金电极，制备下界面钝化的正型结构钙钛矿太阳能电池，该光伏器件下界面L
‑
天冬氨酸分子的存在，使SnO2/卤化铅钙钛矿的界面电子传输效率得到改善。
[0013]本专利技术的设计思想是：
[0014]研究表明，采用PCBM等富勒烯衍生物、两性离子有机物等材料可以钝化卤化铅钙钛矿晶界和电子传输层/卤化铅钙钛矿的界面缺陷。现有方法多以在电子传输层上旋涂一层上述这些钝化材料为基础。受后续卤化铅钙钛矿薄膜制备过程的影响，这些钝化材料极易被钙钛矿前驱体溶液溶解而偏离界面，导致界面钝化效果下降。本项研究发现，L
‑
天冬氨酸在钙钛矿前驱体溶液中的溶解度极低，但L
‑
天冬氨酸盐可溶于水。另一方面，L
‑
天冬氨酸的羧基可钝化SnO2薄膜的氧空位缺陷，而氨基可钝化钙钛矿薄膜的碘缺陷。本专利技术利用L
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天冬氨酸所带基团的这些特征以及其在钙钛矿前驱体溶液中的低溶解度，成功将L
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天冬氨酸分子制备于SnO2薄膜/卤化铅钙钛矿的界面处，实现了对SnO2薄膜/卤化铅钙钛矿界面的高效原位钝化，从而提高了界面电子传输效率。以这种界面修饰方法制备的正型结构钙钛矿太阳能电池，光生电子传输能力得以提高，电池的光电转换效率得以改善。
[0015]本专利技术所具有的优点及有益效果如下：
[0016]1、本专利技术研制的提高二氧化锡
‑
卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，所制备的器件中，L
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天冬氨酸钝化材料被成功置于正型结构器件的下界面，对SnO2电子传输层/卤化铅钙钛矿薄膜界面缺陷进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高二氧化锡
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卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)L
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天冬氨酸盐溶液配置：将L
‑
天冬氨酸盐溶解于去离子水中，室温搅拌0.5～2小时，得到L
‑
天冬氨酸盐溶液；其中，L
‑
天冬氨酸盐的摩尔浓度在0.05～0.5M之间；(2)L
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天冬氨酸盐
‑
SnO2薄膜的制备：将步骤(1)得到的L
‑
天冬氨酸盐溶液旋涂于含有SnO2电子传输材料的导电玻璃基片上，旋涂机转数为2000～4000rpm，旋涂时间为20～60秒；旋涂结束后，将所得基片在100～200℃下加热10～30分钟，得到L
‑
天冬氨酸盐
‑
SnO2薄膜基片；(3)L
‑
天冬氨酸盐
‑
SnO2薄膜基片的处理：将步骤(2)得到的L
‑
天冬氨酸盐
‑
SnO2薄膜基片置于紫外臭氧清洗机中，处理10～30分钟；(4)SnO2/卤化铅钙钛矿界面的钝化：将卤化铅钙钛矿前驱体溶液滴加于步骤(3)得到的薄膜基片上，浸渍5～10秒，之后启动旋涂机，滴加反极性溶剂，旋涂结束后，将所得基片置于加热台上热处理后，制备卤化铅钙钛矿薄膜。2.根据权利要求1所述的提高二氧化锡
‑
卤化铅钙钛矿界面电子传输效率的方法，其特征在于，由于L
‑
天冬氨酸在钙钛矿前驱体溶液中的溶解度极低，L
‑
天冬氨酸分子得以保存在S...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱建航，王立鹏，翟朝峰，邰凯平，姜辛，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：