一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备领域，具体涉及一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池包括钝化层；钝化层中的钝化剂包括有机物；所述有机物的官能团至少包括苯基和巯基。该钙钛矿太阳能电池的钝化层可以钝化钙钛矿表面和晶界处的缺陷，有效提升电荷的传输性能；还可以隔离钙钛矿与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解，提升器件的稳定性，提升太阳能电池的光电转换效率。以至少包括苯基和巯基的有机物作为钝化剂，可以有效降低钙钛矿薄膜或体内的缺陷密度，抑制缺陷诱导的非辐射复合，减少能量损失，增强钙钛矿薄膜的内建电场，加速光生载流子的分离。载流子的分离。载流子的分离。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备领域，具体涉及一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]在过去十年中，有机
‑
无机卤化铅钙钛矿太阳能电池一直是光伏领域最活跃的研究方向之一，光电转换效率(PCE)从最初的3.8％快速提高到25.8％。钙钛矿太阳能电池的出现为未来的应用带来了许多可能性。尽管钙钛矿太阳能电池对下一代光伏器件有着光明的前景，但它们在环境条件下仍存在运行稳定性差和退化的问题，以及有毒铅成分对环境的潜在负面影响。世界各地的科学家为解决这些问题付出了巨大的努力。钙钛矿的表面钝化被认为是抑制非辐射复合损失并同时提高光电压的最有效方法。
[0003]现有技术常用的钝化剂包括有机分子类，如苯甲醚、苯乙酸等物质，这些钝化剂均含有氧供体的路易斯碱分子，这类钝化剂虽然具有较好的钝化效果，但是钝化后的钙钛矿薄膜仍存在能级缺陷，结晶活化能较高，电荷在传输过程中仍存在较大的能量损失，太阳能电池的光电转化效率仍需进一步提高。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题是现有技术使用钝化剂在钙钛矿材料表面和晶界处存在缺陷，效率有待进一步提高等缺陷，从而提供一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0005]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0006]本专利技术提供了一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池，包括钝化层；所述钝化层中的钝化剂包括有机物；
[0007]所述有机物的官能团至少包括苯基和巯基。
[0008]所述有机物为1，4
‑
苯基二硫醇、1,2
‑
苯基二硫醇、1,3
‑
苯基二硫醇和苯硫酚中的至少一种。
[0009]所述钙钛矿太阳能电池还包括电子传输层；和/或，钙钛矿光吸收层；和/或，空穴传输层；和/或，金属电极。
[0010]所述电子传输层为无机电子传输材料或有机电子传输材料；优选地，所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO、BaNO3、SrTiO3或C
60
；
[0011]优选地，所述钙钛矿光吸收层为铅基钙钛矿光吸收层；更优选地，所述钙钛矿光吸收层为(FAPbI3)
0.93
(MAPbBr3)
0.05
(CsPbI3)
0.02
；
[0012]优选地，所述空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD薄层；
[0013]优选地，所述金属电极的厚度为65
‑
75nm。
[0014]此外，本专利技术还提供了一种上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0015]在钙钛矿光吸收层上涂覆钝化剂溶液，第一退火，得到钝化层。
[0016]进一步地，每1ml所述钝化剂溶液中钝化剂的含量为0.1
‑
10mg；
[0017]优选地，每1cm2衬底上涂覆的钝化剂溶液的体积为11
‑
18μL。
[0018]所述第一退火的温度为70
‑
120℃，时间为10
‑
15min。
[0019]所述制备方法还包括涂覆钙钛矿前驱体溶液后进行第二退火，得到钙钛矿光吸收层；
[0020]优选地，采用旋涂法进行所述涂覆；
[0021]优选地，在进行涂覆时，采用以800
‑
1000rpm的转速涂覆10
‑
12s，再以4500
‑
5000rpm的转速涂覆25
‑
30s。
[0022]优选地，所述第二退火的温度为100
‑
150℃，时间为10
‑
40min；
[0023]优选地，每1cm2衬底上涂覆的钙钛矿前驱体溶液的体积为11
‑
14μL；
[0024]优选地，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.4
‑
1.8mol/L。
[0025]进一步地，涂覆电子传输层前驱体溶液后进行第三退火，得到电子传输层；
[0026]优选地，第三退火的温度为100
‑
150℃，时间为20
‑
60min；
[0027]优选地，采用两步法涂覆所述电子传输层前驱体溶液；
[0028]优选地，采用旋涂法进行所述涂覆；
[0029]优选地，第一步涂覆时，电子传输层前驱体溶液的浓度为2
‑
3mg/mL；
[0030]第二步涂覆时，电子传输层前驱体溶液的浓度为4
‑
6mg/mL；
[0031]优选地，两步法涂覆时，转速为4000
‑
5000rpm；
[0032]优选地，在进行两步法涂覆时，每步涂覆量为：每1cm2衬底上涂覆的电子传输层前驱体溶液的体积为19.0
‑
28.0μL。
[0033]进一步地，涂覆空穴传输层前驱体溶液，得到空穴传输层；
[0034]优选地，所述空穴传输层前驱体溶液包括Spiro
‑
OMeTAD；
[0035]优选地，每1cm2衬底上涂覆的空穴传输层前驱体溶液的体积为6.0
‑
14μL；
[0036]优选地，所述空穴传输层前驱体溶液中Spiro
‑
OMeTAD的浓度为73.0mg/mL
‑
90mg/mL。
[0037]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0038]1.本专利技术提供的基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池，该基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池包括钝化层；钝化层中的钝化剂包括有机物；所述有机物的官能团至少包括苯基和巯基。该钙钛矿太阳能电池的钝化层可以钝化钙钛矿表面和晶界处的缺陷，有效提升电荷的传输性能；还可以隔离钙钛矿与水汽、氧气的接触，抑制钙钛矿的降解，提升器件的稳定性，提升太阳能电池的光电转换效率。以至少包括苯基和巯基的有机物作为钝化剂，可以有效降低钙钛矿薄膜或体内的缺陷密度，抑制缺陷诱导的非辐射复合，减少能量损失，增强钙钛矿薄膜的内建电场，加速光生载流子的分离；同时，钝化后可以大幅减少深能级缺陷，使得结晶活化能大大降低，从而提升多晶晶粒尺寸，缩短结晶时间，获得更致密均匀和更平整的钙钛矿层，使空穴传输层能更均匀的覆盖在钙钛矿光吸收层，有利于电荷的传输和提取，降低了电荷在传输过程中的能量损失，经钝化后的钙钛矿薄膜荧光强度明显提升，光电转化效率和稳定性也得到明显改善。
[0039]2.本专利技术提供的基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池，1,4
‑
苯基二硫醇、1,3
‑
苯基二
硫醇、1,2
‑
苯基二硫醇等钝化剂可以对钙钛矿薄膜的表面或内部进行钝化处理，引入钝化剂后可以大幅度降低界面非辐射复合损耗，降低钙钛矿薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钝化剂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括钝化层；所述钝化层中的钝化剂包括有机物；所述有机物的官能团至少包括苯基和巯基。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述有机物为1,4
‑
苯基二硫醇、1,2
‑
苯基二硫醇、1,3
‑
苯基二硫醇和苯硫酚中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括电子传输层；和/或，钙钛矿光吸收层；和/或，空穴传输层；和/或，金属电极。4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为无机电子传输材料和/或有机电子传输材料；优选地，所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO、BaNO3、SrTiO3和C
60
中的至少一种；优选地，所述钙钛矿光吸收层为铅基钙钛矿光吸收层；优选地，所述钙钛矿光吸收层为(FAPbI3)
0.93
(MAPbBr3)
0.05
(CsPbI3)
0.02
；优选地，所述空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD薄层；优选地，所述金属电极的厚度为65
‑
75nm。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在钙钛矿光吸收层上涂覆钝化剂溶液，第一退火，得到钝化层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，每1ml所述钝化剂溶液中钝化剂的含量为0.1
‑
10mg；优选地，每1cm2衬底上涂覆的钝化剂溶液的体积为11
‑
18μL。7.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火的温度为70
‑
120℃，时间为10
‑
15min。8.根据权利要求5
‑
7任一项所述的制备方法，其特征在于，还包括涂覆钙钛矿前驱体溶液后进行第二退火，得到钙钛矿光吸收层；优选...

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