一种钙钛矿电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿电池及其制备方法，所述钙钛矿电池包括依次层叠设置的背电极、电子传输层、界面钝化层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和导电基底层；所述界面钝化层和/或钙钛矿吸收层包括薁基化合物。本发明专利技术所述钙钛矿电池具有优异的光伏发电效率和稳定性，可靠性高。可靠性高。可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿电池
，尤其涉及一种钙钛矿电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能作为一种“取之不尽、用之不竭”的清洁能源，拥有巨大的发展潜力和市场。作为一个天然核反应堆，太阳释放出称为光子的能量包，光子暴露一小时会产生足够的能量来满足地球上每年的全球能源需求。当光子撞击太阳能电池的表面时，半导体材料中价带的电子被激发到导带。当电荷载流子流过太阳能电池时，形成了一个电路，成功地将阳光转化为有用的电能。自1950年以来，硅半导体一直是太阳能电池中使用的主要材料。然而，由于晶硅、砷化镓、碲化镉、铜铟镓锡电池，工艺流程复杂、制备成本高、材料纯度要求严苛等弊端，钙钛矿太阳能电池应运而生。
[0003]钙钛矿具有较强的光吸收能力，光谱吸收范围广，可以吸收全光谱可见光，并且能在温和条件下实现溶液法低成本的制备，这些特性都决定了，它是制备太阳能电池的绝佳材料。在过去的十余年中，钙钛矿的光伏发电效率却能从3％提升至25.7％，接近晶硅电池的26.7％的最高效率。相比于前几代光电转换材料，钙钛矿太阳能电池兼具了高效率、低成本制备的优势，未来潜能巨大。
[0004]CN111628080A公开了一种钙钛矿太阳能电池及所述钙钛矿太阳能电池中使用的钙钛矿吸收层的制备方法。其公开的钙钛矿太阳能电池包括衬底、透明电极、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极，其中所述钙钛矿吸收层为2D/3D复合钙钛矿吸收层，所述2D/3D复合钙钛矿吸收层包含2D钙钛矿材料和3D钙钛矿材料。
[0005]CN106083695A公开了一系列含薁不对称方酸菁小分子的制备方法及其应用。将薁和不同的富电芳香单元作为给体，缺电的1,3
‑
方酸单元作为受体，形成含薁的给体
‑
受体
‑
给体型不对称方酸菁小分子。这类材料均具有较低的带隙，吸收光谱覆盖可见及近红外区(400
‑
900nm)，同时还具有良好的溶解性和成膜性。此外，薁片段的引入还有利于材料获得深HOMO能级与高迁移率，这些都非常有利于制备高性能的有机太阳能电池。
[0006]目前，在钙钛矿的结晶过程中易形成大量的阳离子和阴离子空位，在器件中空位导致的电子以及空穴陷阱会降低载流子的传输效率，从而降低性能。同时抑制钙钛矿薄膜界面缺陷的产生、以及减少光生载流子在界面缺陷处的复合，亦是进一步提升钙钛矿太阳能电池性能的关键。除此之外，虽然实验室内的钙钛矿太阳能电池的性能正在迅速提高，但由于钙钛矿材料对水、热等环境因素较为敏感，在可靠性和稳定性方面面临着阻碍，使其工业化制造和商业化推广之路面临挑战。
[0007]综上所述，开发一种兼具优异的光伏发电效率和稳定性的钙钛矿电池是至关重要的。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿电池及其制备方法，所
述钙钛矿电池具有优异的光伏发电效率和稳定性，可靠性高。
[0009]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0010]第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿电池，所述钙钛矿电池包括依次层叠设置的背电极、电子传输层、界面钝化层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和导电基底层；
[0011]所述界面钝化层和/或钙钛矿吸收层包括薁基化合物。
[0012]本专利技术中，在界面钝化层和钙钛矿吸收层添加薁基化合物，薁是一种特殊的分子，具有较大的偶极矩(1.08D)，较窄的HOMO
‑
LOMO能隙，薁基化合物通过增强键之间的相互作用、减少晶界、钝化表面缺陷，形成高性能和高稳定的钙钛矿太阳能电池。
[0013]需要说明的是，钙钛矿太阳能电池结构有正式和反式之分，本专利技术中所述的钙钛矿电池对这两种结构均适用。
[0014]优选地，所述薁基化合物含有羧基和/或羰基以及氨基。
[0015]在本示例性实施例中，所述薁基化合物含有羧基和/或羰基以及氨基，羧基(
‑
COOH)与钙钛矿中的甲脒类材料结合的相互作用(氢键、离子键)，能够使钙钛矿结构更加稳定；氨基能够与钙钛矿中的的甲脒类材料(例如碘化甲脒FAI)形成中间结构，形成结晶性高、晶界少的垂直取向钙钛矿晶体。通过减小甚至是消除钙钛矿晶粒之间的晶界来提高器件的效率和钙钛矿吸收层的本征稳定性。
[0016]优选地，所述薁基化合物包括2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二羧基薁、2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二乙氧羰基薁或2
‑
氨基薁中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二羧基薁和2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二乙氧羰基薁的组合，2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二乙氧羰基薁和2
‑
氨基薁的组合，2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二羧基薁、2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二乙氧羰基薁和2
‑
氨基薁的组合等，进一步优选2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二羧基薁和/或2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二乙氧羰基薁。
[0017]优选地，所述背电极包括金电极。
[0018]优选地，所述背电极的厚度为60
‑
100nm，例如65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm等。
[0019]优选地，所述电子传输层包括碳层和锡层。
[0020]优选地，所述碳层包括碳60。
[0021]优选地，所述锡层包括二氧化锡。
[0022]优选地，所述碳层的厚度为10
‑
30nm，例如12nm、14nm、16nm、18nm、20nm、22nm、24nm、26nm、28nm等。
[0023]优选地，所述锡层的厚度为3
‑
15nm，例如4nm、6nm、8nm、10nm、12nm、14nm等。
[0024]优选地，所述界面钝化层的厚度为1
‑
10nm，例如4nm、6nm、8nm等。
[0025]优选地，所述钙钛矿吸收层还包括铅卤化合物。
[0026]优选地，所述铅卤化合物包括MA
x
FA1‑
x
PbI3、FA1‑
x
Cs
x
PbI3、MAPbI3、(FAPbI3)1‑
x
(MAPbBr3)
x
、CsPbI2Br、CsPbI3、CsPbBr3或Cs本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池包括依次层叠设置的背电极、电子传输层、界面钝化层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和导电基底层；所述界面钝化层和/或钙钛矿吸收层包括薁基化合物。2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述薁基化合物含有羧基和/或羰基以及氨基。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述薁基化合物包括2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二羧基薁、2
‑
氨基
‑
1,3
‑
二乙氧羰基薁或2
‑
氨基薁中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述背电极包括金电极；优选地，所述背电极的厚度为60
‑
100nm；优选地，所述电子传输层包括碳层和锡层；优选地，所述碳层包括碳60；优选地，所述锡层包括二氧化锡；优选地，所述碳层的厚度为10
‑
30nm；优选地，所述锡层的厚度为3
‑
15nm。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述界面钝化层的厚度为1
‑
10nm；优选地，所述钙钛矿吸收层还包括铅卤化合物；优选地，所述铅卤化合物包括MA
x
FA1‑
x
PbI3、FA1‑
x
Cs
x
PbI3、MAPbI3、(FAPbI3)1‑
x
(MAPbBr3)
x
、CsPbI2Br、CsPbI3、CsPbBr3或Cs
0.05
(FA1‑
x
MA
x
)
0.95
Pb(I1‑
y
Bry)3中的任意一种或至少两种的组合；其中，x和y的取值各自独立为0
‑
1，且不等于0和1；优选地，所述钙钛矿吸收层中，以所述铅卤化合物的总质量为100％计，所述薁基化合物的质量百分数为0.1％
‑
5％；优选地，所述钙钛矿吸收层的厚度为300
‑
500nm；优选地，所述空穴传输层包括含镍化合物；优选地，所述含镍化合物包括氧化镍；优选地，所述导电基底层包...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻佳，邵君，孙志刚，鲁文秀，张晓晖，王学雷，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：