一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、修饰层、空穴传输层及背电极层，其中修饰层为一维钝化层；钙钛矿吸光层材料的通式为ABXn，修饰层材料的通式为MBXn，其中M为N，N

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电致发光器件领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿材料具有优异的光学和电子特性，如高吸收系数，长电荷载流子扩散长度和低缺陷密度以及可调谐带隙。基于该材料的太阳能电池(PSCs)在功率转换效率方面取得了巨大进步。然而，PSC面临的稳定性问题对未来的大规模应用仍然构成了巨大挑战。主要的不稳定问题归因于卤化物钙钛矿材料固有的弱结合力，其中卤化物的扩散会导致钙钛矿结构的分解和器件性能的下降(尤其是在光，热，电场，湿气等条件下)。因此，迫切需要控制卤素扩散过程在高效钙钛矿器件中实现长期的工作稳定性。
[0003]通常，小面积PSC的稳定性主要受限于卤素离子在垂直方向上的扩散，即从钙钛矿层到电荷传输层，再到电极层。如何有效的抑制离子扩散迁移对器件的性能提升至关重要。高效钙钛矿太阳能模组的稳定性比小面积PSC的稳定性差得多，降解机制也更为复杂。在钙钛矿电池产业化方面，PSC模组的稳定性是一个重要的考量指标。模组包含具有串联互连的子电池阵列，刻划后的钙钛矿薄膜部分暴露于金属电极或空气中。即使在额外封装排除潮湿空气的进入的情况下，这些不利的接触点为钙钛矿中的离子扩散提供了额外的通道。因此，需要抑制PSC模组内的垂直扩散和横向扩散的离子扩散通道。第一个是垂直扩散，通常在小面积的PSC件中会观察到离子垂直于吸光层中的表面扩散。第二个是在平行于衬底上发生的横向扩散，即子电池之间的互连区域，这会严重的影响模组的稳定性。如何抑制离子扩散引起不可逆的降解是一个务必解决的问题。
[0004]在专利CN111430552A中，该专利技术在2D钙钛矿薄膜层切割后暴露面引入2D钙钛矿保护层保护，2D结构是可以暂时避免水氧侵蚀及金属
‑
卤素离子的化学反应，但是2D结构会和钙钛矿发生相转变，形成2D
‑
3D低维混合结构，不利于器件的长期稳定性。因此，亟需开发一种简便易行的钙钛矿薄膜钝化方法来提高对器件的长期稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于解决现有问题，提出以下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、修饰层、空穴传输层及背电极层，所述修饰层为一维钝化层；所述钙钛矿吸光层材料的通式为ABXn，所述修饰层材料的通式为MBXn，其中M为N，N
‑
二烷基苯并咪唑基。
[0007]进一步的，所述修饰层的厚度为5～40nm。
[0008]进一步优选的，所述修饰层的厚度为10～30nm。
[0009]进一步的，所述钙钛矿吸光层的厚度100～1000nm。
[0010]进一步的，所述电子传输层的厚度为10～200nm。
[0011]进一步的，所述空穴传输层的厚度为20～200nm。
[0012]进一步的，所述背电极层采用金电极或碳基电极，所述金电极的厚度为30～300nm。
[0013]进一步的，所述M选自C6H5C2H4NH
3+
、CH3C3H6NH
3+
、COOH(CH2)4NH
3+
、CH3NH
3+
、HC(NH2)
2+
、Cs
+
和Rb
+
中的至少一种。
[0014]进一步的，所述B为pb
2+
、Sn
2+
和Ge
2+
中的至少一种。
[0015]进一步的，所述X为卤素离子。
[0016]进一步优选的，所述卤素离子选自氟、氯、溴、碘中的至少一种。
[0017]进一步的，所述N，N
‑
二烷基苯并咪唑基选自N，N
‑
二甲基苯并咪唑基、N，N
‑
二乙基苯并咪唑基、N，N
‑
二异丙基苯并咪唑基、N，N
‑
二己基苯并咪唑基中的至少一种。
[0018]本专利技术另一方面提出了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0019]S1：配置钙钛矿(ABXn)吸光层前驱体溶液，其中X为卤素离子；
[0020]S2：预处理导电玻璃/电子传输层构成的基底；
[0021]S3：将S1制备得到的前驱体溶液涂覆于所述基底上，再进行退火处理，得到钙钛矿(ABXn)吸光层；
[0022]S4：制备卤化N，N
‑
二烷基苯并咪唑盐：先将苯并咪唑、K2CO3与CH3CN混合，搅拌后，逐滴加入烷基卤化物，得到混合溶液，搅拌、萃取、干燥，得到卤化N，N
‑
二烷基苯并咪唑盐；所述烷基卤化物中的卤元素和所述步骤S1中的钙钛矿(ABXn)吸光层中的X元素一致；
[0023]S5：将制备得到的卤化N，N
‑
二烷基苯并咪唑盐，溶于有机溶剂中，刮涂或旋涂于钙钛矿(ABXn)吸光层上，退火处理，得到修饰层，所述修饰层为一维钝化层。
[0024]S6：在所述修饰层表面形成空穴传输层；
[0025]S7：在所述空穴传输层表面形成背电极层。
[0026]进一步的，所述钙钛矿吸光层前驱体溶液可以通过旋涂法、刮涂法、提拉法、狭缝涂布法和喷涂法中的其中的至少一种涂覆于所述基底的电子传输层上。
[0027]进一步的，所述步骤S4中，所述烷基卤化物选自甲基碘、乙基碘、己基碘、异丙基碘、甲基溴、乙基溴、己基溴、异丙基溴、甲基氯、乙基氯、己基氯、异丙基氯中的至少一种。
[0028]进一步的，所述步骤S4中，所述混合溶液的搅拌温度为80～120℃，搅拌时间为48～120h。
[0029]进一步的，所述步骤S5中，所述卤化N，N
‑
二烷基苯并咪唑盐在有机溶剂中的浓度为0.5～10mg/mL。
[0030]进一步的，所述步骤S5中，所述旋涂的速度为4000～6000rpm/mim，旋涂的时间为20～50s；所述刮涂的速度为50～500mm s
‑1。
[0031]进一步的，所述步骤S5中，所述退火处理的加热温度为50～200℃，加热时间为5～30min。
[0032]进一步的，所述步骤S5中，所述修饰层的厚度为5～40nm；进一步优选的，所述修饰层的厚度为10～30nm。
[0033]进一步的，所述步骤S5中，所述有机溶剂选自异丙醇、甲醇、二氯乙烷、三氯甲烷、氯苯中的至少一种。
[0034]进一步的，所述步骤S2中，所述预处理的条件为：在空气氛围、100～200℃温度下退火10～50min。
[0035]进一步的，所述电子传输层为n型无机半导体或n型有机半导体，所述n型无机半导体或n型有机半导体包括但不限于：PCBM、TiO2、介孔TiO2、SnO2、ZnO或ZnO
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、修饰层、空穴传输层及背电极层，其特征在于，所述修饰层为一维钝化层；所述钙钛矿吸光层材料的通式为ABXn，所述修饰层材料的通式为MBXn，其中M为N，N
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二烷基苯并咪唑基。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述修饰层的厚度为5～40nm。3.一种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：配置钙钛矿(ABXn)吸光层前驱体溶液，其中X为卤素离子；S2：预处理导电玻璃/电子传输层构成的基底；S3：将S1制备得到的前驱体溶液涂覆于所述基底上，再进行退火处理，得到钙钛矿(ABXn)吸光层；S4：制备卤化N，N
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二烷基苯并咪唑盐：先将苯并咪唑、K2CO3与CH3CN混合，搅拌后，逐滴加入烷基卤化物，得到混合溶液，搅拌、萃取、干燥，得到卤化N，N
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二烷基苯并咪唑盐；所述烷基卤化物中的卤元素和所述步骤S1中的钙钛矿(ABXn)吸光层中的X元素一致；S5：将制备得到的卤化N，N
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二烷基苯并咪唑盐，溶于有机溶剂中，刮涂或旋涂于钙钛矿(ABXn)吸光层上，退火处理，得到修饰层，所述修饰层为一维钝化层。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑南峰，陈睿豪，沈慧，李静，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：