一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿薄膜，包括钙钛矿薄膜本体和覆盖在所述钙钛矿薄膜本体表面的钝化层，所述钝化层具有如式Ⅰ或式Ⅱ所示的结构，通过引入钝化层，可以钝化钙钛矿薄膜表面及晶界的缺陷。同时，可以隔离钙钛矿薄膜与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解。所述钙钛矿薄膜可以用于制备钙钛矿太阳能电池，有效提升太阳能电池的光电转化效率，并提升其工作稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]近些年来，钙钛矿太阳能电池发展迅猛，受到学术界和产业界的广泛关注。其中，以有机
‑
无机杂化体系为代表的金属卤化物钙钛矿太阳能电池因其非凡的光电特性而得到了快速的发展，然而，其器件性能可能会受到不良的表面特性的限制，阻碍载流子传输和诱导复合，使得钙钛矿薄膜中存在大量的缺陷，这些缺陷会充当非辐射复合中心，从而对钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性造成不利影响。目前，通过减少和钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，是降低非辐射复合损失和抑制界面退化，以提升钙钛矿太阳能电池光电性能和稳定性的主要策略。
[0003]对于传统半导体(例如元素半导体和III
‑
V半导体)，通过共价键将功能基团与半导体的表面原子相结合实现表面功能化，可以使得表面的电子性质更加良性，以减少复合和散射。然而，杂化钙钛矿太阳能电池中的化学键是离子键，表面缺陷水平通常比传统共价半导体中发现的要高得多，因此，这些结构需要不同的表面功能化方法，常见的钝化手段可大致归纳为以下三大类：(1)掺杂阴离子或金属阳离子钝化钙钛矿薄膜中的内点缺陷来增强钙钛矿层在工作条件下的稳定性；(2)通过引入烷基卤化物、路易斯酸碱或带有N
‑
H和羰基的小分子钝化有机阳离子或卤化物空位，提高钙钛矿层及与其相关的界面稳定性；(3)引入宽带隙材料钝化钙钛矿薄膜与电荷传输层之间的界面缺陷来提高工作条件下的界面稳定性。
[0004]目前，采用有机分子充当钝化剂来消除钙钛矿薄膜表面以及晶界处的深能级缺陷已成为提高钙钛矿太阳能电池光电性能的主流技术手段。但大多数钝化剂只能减少或消除一种类型的缺陷态，无法同时降低表面和面内的缺陷，对钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提升有限。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿薄膜、其制备方法和钙钛矿太阳能电池。所述钝化层的引入，可以钝化钙钛矿薄膜表面及晶界的缺陷，有效提升太阳能电池的光电转化效率。同时，可以隔离钙钛矿薄膜与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解，进而提升其工作稳定性。
[0006]为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿薄膜，包括钙钛矿薄膜本体和覆盖在所述钙钛矿薄膜本体表面的钝化层；
[0008]所述钝化层的结构式如式Ⅰ或式Ⅱ所示：
[0009][0010]其中，R1选自C、N或S，R2或R3独立地选自C或N，且R1、R2和R3不同时为C；
[0011]R4及其所在的碳原子与R3成芳香环，或R4选自C1～C6的烷基；
[0012]R5或R8独立地选自
‑
(CH2)
m
‑
，m为1～6的整数；
[0013]R6或R7独立地选自C或N，且R6和R7不同时为C；
[0014]R9选自C1～C6的烷基。
[0015]优选地，所述R6和R7选自N。
[0016]优选地，所述R8为
‑
(CH2)
m
‑
，m为1～4的整数。
[0017]优选地，所述R9选自C1～C4的烷基。
[0018]优选地，R1选自N或S。
[0019]优选地，R5为
‑
(CH2)
m
‑
，m为1～4的整数。
[0020]进一步优选地，所述钝化层选自下式A
‑
1～式A
‑
3中的任意一种：
[0021][0022]优选地，所述钙钛矿薄膜本体的化学式为(FAPbI3)
x
(MAPbBr3)
y
(CsPbI3)1‑
x
‑
y
，其中，0<x<1，0<y<1。
[0023]第二方面，本专利技术提供一种上述钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0024]采用旋涂法将钝化分子的溶液旋涂在钙钛矿薄膜本体表面形成钝化层。
[0025]优选地，所述钝化分子的溶液的溶剂包括异丙醇。
[0026]优选地，所述旋涂法具体为：将钝化分子的溶液在4500～6000rpm下于钙钛矿薄膜表面旋涂25～40s后，在80～120℃下退火0～15min。
[0027]第三方面，本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括基底层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、钝化层、空穴传输层和金属电极；
[0028]所述钝化层的结构式如上述技术方案所述，在此便不再一一赘述。
[0029]优选地，所述基底层包括PEN/ITO层。
[0030]优选地，所述电子传输层包括SnO2层或TiO2层。
[0031]优选地，所述钙钛矿光吸收层包括(FAPbI3)
x
(MAPbBr3)
y
(CsPbI3)1‑
x
‑
y
薄膜，其中，0
<x<1，0<y<1。
[0032]优选地，所述空穴传输层包括Spiro
‑
OMeTAD层。
[0033]优选地，所述金属电极包括Ag或Au。
[0034]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0035]本专利技术提供了一种钙钛矿薄膜，包括钙钛矿薄膜本体和覆盖在所述钙钛矿薄膜本体表面的钝化层，所述钝化层的引入，可大幅降低界面非辐射复合损耗，降低钙钛矿薄膜表面或内部的缺陷密度，抑制光吸收层与空穴传输层界面的离子迁移和性能衰退，增强了钙钛矿薄膜的内建电场，有效提升载流子传输性能，当钙钛矿薄膜作为太阳能电池的钙钛矿光吸收层使用时，可以有效提升太阳能电池的光电转化效率。同时，可以隔离钙钛矿薄膜与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解，进而提升其工作稳定性。
附图说明
[0036]图1为本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0037]图2为实施例1～3得到的钙钛矿太阳能电池的J
‑
V曲线图；
[0038]图3为实施例1得到的钙钛矿太阳能电池的XRD图谱；
[0039]图4为钙钛矿薄膜(表面钝化层的结构式如式A
‑
1所示)的SEM图像(尺寸为5μm)；
[0040]图5为钙钛矿薄膜(表面钝化层的结构式如式A
‑
1所示)的SEM图像(尺寸为2μm)；
[0041]图6为钙钛矿薄膜(表面钝化层的结构式如式A
‑
2所示)的SEM图像(尺寸为5μm)；
[0042]图7为钙钛矿薄膜(表面钝化层的结构式如式A
‑
3所示)的SEM图像(尺寸为5μm)。
具体实施方式
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，包括钙钛矿薄膜本体和覆盖在所述钙钛矿薄膜本体表面的钝化层；所述钝化层的结构式如式Ⅰ或式Ⅱ所示：其中，R1选自C、N或S，R2或R3独立地选自C或N，且R1、R2和R3不同时为C；R4及其所在的碳原子与R3成芳香环，或R4选自C1～C6的烷基；R5或R8独立地选自
‑
(CH2)
m
‑
，m为1～6的整数；R6或R7独立地选自C或N，且R6和R7不同时为C；R9选自C1～C6的烷基。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述R6和R7选自N；所述R8为
‑
(CH2)
m
‑
，m为1～4的整数；所述R9选自C1～C4的烷基。3.根据权利要求2所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述R1选自N或S；R5为
‑
(CH2)
m
‑
，m为1～4的整数。4.根据权利要求3所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钝化层选自下式A
‑
1～式A
‑
3中的任意一种：5.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜本体的化学式为(FAPbI3)
x
(MAPbBr3)
y
(CsPbI3)1‑
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：于越，白建明，赵玉琢，王琪，李治学，邢增杰，赵炳阳，王峰，税荣森，
申请(专利权)人：华电重工股份有限公司，
类型：发明
国别省市：