一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池的结构包括自下至上依次叠加设置的空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层和第三钝化层；第一钝化层的制备原料包括绝缘纳米颗粒；第二钝化层和第三钝化层的制备原料包括铵盐；本发明专利技术的钙钛矿太阳能电池的开路电压，短路电流和填充因子分别为1.14V，24.9mA/cm2，82％，对应的光电转换效率为23.1％。同时钙钛矿太阳能电池的湿度和长期稳定性被有效改善。在98

【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]本专利技术涉及太阳能电池制备
，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，有机
‑
无机杂化钙钛矿材料因其具有带隙可调，长的载流子扩散长度，高的吸光系数以及低的离子结合能等优异的光电特性而引起了研究者的广泛关注。目前，单结的钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已从最初的3.8％上升到25.7％。然而，高效钙钛矿太阳能电池的长期稳定性以及可重复性依然是制约其进一步发展的关键问题。由于钙钛矿材料是离子型化合物，在快速结晶过程中会产生各种缺陷，这些缺陷会严重影响钙钛矿的光电转化效率和长期稳定性等光电特性。
[0003]因此，提供一种钙钛矿太阳能电池能提升光电转化效率和长期稳定性，是当务之急。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钙钛矿太阳能电池，绝缘纳米颗粒可有效调控钙钛矿晶粒大小，填充晶界间空隙，改善钙钛矿埋底界面的形貌，得到平整而致密的埋底钙钛矿薄膜。同时可以有效抑制悬挂键等引起的界面非辐射复合与降解过程，进而提高了器件的开路电压和光电转化效率。
[0005]根据本专利技术的第一方面的实施例，提出了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的结构包括自下至上依次叠加设置的空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层和第三钝化层；
[0006]所述第一钝化层的制备原料包括绝缘纳米颗粒；
[0007]所述缘纳米颗粒包括三氧化二铝、二氧化硅、一氧化硅和氧化锆中的至少一种；
[0008]所述第二钝化层和第三钝化层的制备原料包括铵盐；
[0009]所述胺盐包括苯乙基溴化铵、4
‑
氟
‑
苯乙基溴化铵、3
‑
氟
‑
苯乙基溴化铵、苯乙基碘化铵和4
‑
氟
‑
苯乙基碘化铵中的至少一种。
[0010]根据本专利技术第一方面的实施例至少具有以下有益效果：
[0011]第一钝化层含有的绝缘纳米颗粒，通过纳米颗粒修饰基底，可有效调控钙钛矿晶粒大小，填充晶界间空隙，改善钙钛矿埋底界面的形貌，得到平整而致密的埋底钙钛矿薄膜。同时可以有效抑制悬挂键等引起的界面非辐射复合与降解过程，从而提高了器件的开路电压和光电转化效率。同时，由于纳米颗粒可以嵌入到钙钛矿的埋底界面，抑制了埋底界面孔洞的产生，可以有效阻碍水分的渗透，从而提高钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性。铵盐同时钝化钙钛矿薄膜的上下界面，改善了各层之间的能级匹配，进一步减少了能量的损失，提高了开路电压。本专利技术的钙钛矿太阳能电池的开路电压，短路电流和填充因子分别为1.14V，24.9mA/cm2，82％，对应的光电转换效率为23.1％。同时钙钛矿太阳能电池的湿度和
长期稳定性被有效改善。在98
±
1％湿度环境中，老化5天，薄膜的颜色基本没有改变；在连续光照1200小时，钙钛矿太阳能电池依然可以保持超过96％的初始效率。
[0012]根据本专利技术的一些优选地实施例，所述缘纳米颗粒包括三氧化二铝和二氧化硅中的至少一种。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿太阳能电池的结构包括自下至上依次叠加设置的基底、空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层、第三钝化层、电子传输层和电极。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述第一钝化层的厚度为30
‑
80nm。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述第二钝化层的厚度为0.5
‑
5nm。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿层的厚度为300
‑
1000nm。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴传输层为自组装单分子层；
[0018]所述自组装单分子层的制备原料包括p型有机半导体分子或n型有机半导体分子；
[0019]所述有机半导体分子的结构为一端具有可以锚定在无机半导体氧化物表面的锚定官能团，另一端具有咔唑基团及其衍生物；
[0020]所述锚定基团包括硅烷基团、羧酸基团和磷酸基团中的至少一种。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述有机半导体分子包括[2
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸(2PACz)和[2
‑
(3,6
‑
二甲氧基
‑
9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸(MeO
‑
2PACz)中的至少一种。
[0022]有机半导体分子锚定在氧化物表面是指有机半导体分子利用其一端锚定官能团通过与氧化物表面发生一定的相互作用(包括但不限于形成共价键、配位键、氢键等)而结合到氧化物的表面。自组装单分子层(SAMs)作为空穴传输层，因其具有可大面积制备的优点，为制备高效率和稳定性的大面积钙钛矿太阳能电池和模组提供了新的可能性。
[0023]根据本专利技术的第二方面的实施例提出了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：在所述空穴传输层的一侧表面依次形成第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层和第三钝化层。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述第三钝化层的制备方法包括将所述第三钝化层的制备原料涂覆至所述钙钛矿层；所述涂覆的方法包括旋涂。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述旋涂的转速为3000
‑
6000rpm。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述的钙钛矿太阳能电池的结构包括：在所述基底的一侧表面依次形成空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层、第三钝化层、电子传输层以及电极，得到钙钛矿太阳能电池。
[0027]根据本专利技术的一些优选地实施例，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括：
[0028]S10.提供基底；所述基底包括ITO玻璃基底；
[0029]具体来说，清洗ITO玻璃基底，将ITO玻璃基底用十二烷基苯磺酸钠、去离子水和异丙醇超声清洗各30min。清洗完成后，放置在热台上烘干。然后将玻璃基底放入紫外臭氧清洗机内臭氧处理30min。
[0030]S20.在所述基底的一侧表面依次形成空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层、第三钝化层、电子传输层以及电极，得到钙钛矿太阳能电池；
[0031]具体来说，在ITO玻璃基底制备空穴传输层，具体方法为：先将自组装单分子层(SAMs)溶于乙醇，配制成浓度为0.3
‑
1.0mg/mL的溶液，置于震荡仪上震荡10min。然后以
3000
‑
6000rpm旋涂SAMs溶液，旋涂时间为30s。旋涂完成后，100
‑
110℃退火处理10min，获得空穴传输层SAMs层。
[0032]第一钝化层修饰SAMs层：取10
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的结构包括自下至上依次叠加设置的空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层和第三钝化层；所述第一钝化层的制备原料包括绝缘纳米颗粒；所述缘纳米颗粒包括三氧化二铝、二氧化硅、一氧化硅和氧化锆中的至少一种；所述第二钝化层和第三钝化层的制备原料包括铵盐；所述铵盐包括苯乙基溴化铵、4
‑
氟
‑
苯乙基溴化铵、3
‑
氟
‑
苯乙基溴化铵、苯乙基碘化铵和4
‑
氟
‑
苯乙基碘化铵中的至少一种。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的结构包括自下至上依次叠加设置的基底、空穴传输层、第一钝化层、第二钝化层、钙钛矿层、第三钝化层、电子传输层和电极。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层的厚度为30
‑
80nm。4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层的厚度为0.5
‑
5nm。5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：丘龙斌，李欢，谢观水，李思博，
申请(专利权)人：南方科技大学，
类型：发明
国别省市：