一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法。本发明专利技术通过在钙钛矿单晶薄膜表面沉积硅烷，硅烷分子之前可发生相互交联，在钙钛矿单晶表面形成一层保护层，同时其暴露出来的巯基端基也可与单晶表面裸露的Pb进行配位，从而提高钙钛矿单晶光伏电池性能及空气稳定性。通过本发明专利技术有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法构建得到的MAPbI3单晶光伏电池的光电转化效率可达22.18％，并在空气环境中保持800h稳定。并在空气环境中保持800h稳定。并在空气环境中保持800h稳定。

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]太阳能电池是一种将太阳光能量转换为电能的器件。钙钛矿作为一种新型的半导体材料，具有较大的吸光系数、较高的载流子迁移率及寿命、较长的载流子扩散长度等有点，是太阳能电池领域的一大候选材料。且其原料制备方法简单，可采用溶液法低温制备，相比于商用硅电池，成本将有很大程度的降低。
[0004]现钙钛矿多晶薄膜太阳能电池的实验室效率已达25.7％，而多晶存在诸多晶界，相比而言，钙钛矿单晶不存在晶界，体缺陷密度显著降低，载流子扩散长度也显著提高，理应可以达到更高的光电效率。单晶钙钛矿太阳能电池主要使用MAPbI3作为光吸收层，其实验室最高效率可达22.1％，高于同组分多晶电池(21.8％)。虽然如此，MAPbI3单晶仍然存在严重的表界面问题，制约其效率的进一步发展，实验表明其表面的缺陷要高于同组分多晶，而对于比表面积较高的薄膜电池而言，其表面缺陷将很大程度的影响整体的载流子传输。同时由于MAPbI3分子中MA
+
的亲水性，材料很容易与水发生水解反应，生成近似于绝缘体的水合物，严重影响器件的性能。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，在钙钛矿单晶表面引入有机硅薄层，其中的N和S原子的孤对电子可与晶体表面的原子配位，在进行缺陷钝化的同时，硅烷之间发生交联覆盖在晶体表面，起到显著的防水作用，从而提高钙钛矿单晶光伏电池的性能和空气稳定性。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，包括以下步骤：
[0008](1)在导电衬底上沉积空穴传输层；
[0009](2)采用空间限域法结合逆温结晶法在沉积了空穴传输层的导电衬底上生长钙钛矿单晶薄膜；
[0010](3)在钙钛矿单晶薄膜表面旋涂硅烷溶液，待硅烷溶液的溶剂挥发后硅烷沉积在钙钛矿单晶薄膜表面；
[0011](4)依次蒸镀电子传输层、空穴阻挡层和金属电极。
[0012]第二方面，本专利技术提供了一种钙钛矿单晶光伏电池，基于上述有机硅界面修饰提
高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法构建得到。
[0013]第三方面，本专利技术提供了上述有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法和上述钙钛矿单晶光伏电池在光电转化中的应用。
[0014]上述本专利技术的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：
[0015](1)本专利技术提供的有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，通过硅烷分子之间发生交联以起到阻挡水分入侵的作用，同时利用硅烷分子中的端基巯基基团与单晶表面的未配位离子发生相互作用钝化缺陷，提高钙钛矿单晶光伏电池性能，使得最优选的钙钛矿单晶光伏电池效率可以达到22.18％。
[0016](2)本专利技术通过有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法构建钙钛矿单晶光伏电池在恒温恒湿空气环境下稳定性可达800h。
附图说明
[0017]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0018]图1为实施例1中步骤(2)的示意图；
[0019]图2为实施例1中MAPbI3单晶薄膜的实物图和侧面扫描电镜图；
[0020]图3为实施例1中步骤(3)的示意图；
[0021]图4为实施例1中MAPbI3单晶光伏电池的结构示意图；
[0022]图5为实施例1和对比例1中MAPbI3单晶薄膜的XPS Pb 4f谱图；
[0023]图6为实施例1和对比例1中MAPbI3单晶薄膜的接触角测试图；
[0024]图7为实施例1和对比例1中MAPbI3单晶薄膜的高湿度环境变化图；
[0025]图8为实施例1和对比例1中MAPbI3单晶光伏电池的I
‑
V曲线去；
[0026]图9为实施例1和对比例1中MAPbI3单晶光伏电池的空气稳定性测试图。
具体实施方式
[0027]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0028]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0029]本专利技术的一种典型实施方式，提供了一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，包括以下步骤：
[0030](1)在导电衬底上沉积空穴传输层；
[0031](2)采用空间限域法结合逆温结晶法在沉积了空穴传输层的导电衬底上生长钙钛矿单晶薄膜；
[0032](3)在钙钛矿单晶薄膜表面旋涂硅烷溶液，待硅烷溶液的溶剂挥发后硅烷沉积在钙钛矿单晶薄膜表面；
[0033](4)依次蒸镀电子传输层、空穴阻挡层和金属电极。
[0034]通过在钙钛矿单晶薄膜表面沉积硅烷，硅烷分子之前可发生相互交联，在钙钛矿单晶表面形成一层保护层，同时其暴露出来的巯基端基也可与单晶表面裸露的Pb进行配位，从而提高钙钛矿单晶光伏电池性能及空气稳定性。
[0035]该实施方式的一种或多种实施例中，所述导电衬底为ITO、FTO、柔性ITO、PEN或PET中的一种，优选为ITO。
[0036]该实施方式的一种或多种实施例中，所述空穴传输层为PTAA空穴传输层。
[0037]该实施方式的一种或多种实施例中，空穴传输层沉积退火处理温度为100
‑
120℃，退火处理时间为10
‑
20min。
[0038]该实施方式的一种或多种实施例中，，步骤(2)所述空间限域法结合逆温结晶法具体为：在沉积了空穴传输层的导电衬底上滴加钙钛矿溶液，盖上另一片沉积了空穴传输层的导电衬底，使溶液铺开在两片基底之间形成一定厚度的液层，逐渐升温以生长钙钛矿单晶薄膜。
[0039]该实施方式的一种或多种实施例中，所述钙钛矿为MAPbI3、FA
x
MA1‑
x
PbI3、MAPbBr3或FAPbBr3中的一种，优选为MAPbI3。
[0040]该实施方本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在导电衬底上沉积空穴传输层；(2)采用空间限域法结合逆温结晶法在沉积了空穴传输层的导电衬底上生长钙钛矿单晶薄膜；(3)在钙钛矿单晶薄膜表面旋涂硅烷溶液，待硅烷溶液的溶剂挥发后硅烷沉积在钙钛矿单晶薄膜表面；(4)依次蒸镀电子传输层、空穴阻挡层和金属电极。2.如权利要求1所述的有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，其特征在于，所述导电衬底为ITO、FTO、柔性ITO、PEN或PET中的一种，优选为ITO；或，所述空穴传输层为PTAA空穴传输层；或，空穴传输层沉积退火处理温度为100
‑
120℃，退火处理时间为10
‑
20min。3.如权利要求1所述的有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，其特征在于，步骤(2)所述空间限域法结合逆温结晶法具体为：在沉积了空穴传输层的导电衬底上滴加钙钛矿溶液，盖上另一片沉积了空穴传输层的导电衬底，使溶液铺开在两片基底之间形成一定厚度的液层，逐渐升温以生长钙钛矿单晶薄膜。4.如权利要求1所述的有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，其特征在于，所述钙钛矿为MAPbI3、FA
x
MA1‑
x
PbI3、MAPbBr3或FAPbBr3中的一种，优选为MAPbI3；或，所述生长温度为60
‑
110℃；或，所述钙钛矿单晶薄膜的厚度为30
‑...

【专利技术属性】
技术研发人员：程潇，陈召来，郭新博，
申请(专利权)人：山东大学苏州研究院，
类型：发明
国别省市：