一种表面钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种表面钝化钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、电荷传输层1、钙钛矿层、钝化层和电荷传输层2；所述钝化层包括环糊精材料；所述钙钛矿层与钝化层接触的表面具有刻蚀结构，所述钝化层与钙钛矿层接触的表面具有能够填充满所述刻蚀结构的填充结构。本发明专利技术在界面层除了钝化层，还有新引入的“微刻蚀”表面结构。1)去掉了钙钛矿表面的缺陷，提高了薄膜的质量；2)一定程度增加了钙钛矿薄膜的表面平整度，有利于提升后边膜层的制备与提升器件性能；3)“微刻蚀”实现了钝化层与钙钛矿层的接触，提升电荷传输与器件性能。本发明专利技术还提供了一种表面钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法。了一种表面钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种表面钝化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
，尤其涉及一种表面钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池基础研究的发展，目前，钙钛矿太阳能电池正处于商业化的进程中。对于当前研究的有机
‑
无机杂化钙钛矿吸收层，常见组成成分包括碘离子(I
‑
)、铅离子(Pb
+
)、甲胺离子(MA
+
)、甲脒离子(FA
+
)等，这些离子容易在制备过程和器件使用过程中会发生极化反应，导致获得的吸收层制备出现缺陷或者容易出现降解，导致器件逐渐失效。研究表明，钙钛矿太阳能电池器件中界面工程对于器件的影响巨大，减少表面/界面处的非辐射载流子复合、提高载流子寿命是优化钙钛矿电池器件的有效途径。其中，界面钝化是界面工程中一种简单、有效、易于商业化推广的方法。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种表面钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本专利技术中的表面钝化钙钛矿太阳能电池光电转换效率高、器件稳定性好。
[0004]本专利技术提供一种表面钝化钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的透明导电衬底、电荷传输层1、钙钛矿层、钝化层，电荷传输层2和电极；
[0005]所述钝化层包括环糊精材料；所述钙钛矿层与钝化层接触的表面具有刻蚀结构，所述钝化层与钙钛矿层接触的表面具有能够填充满所述刻蚀结构的填充结构。
[0006]优选的，所述钝化层的厚度≤100nm。
[0007]优选的，所述环糊精材料包括环糊精及其衍生物，所述环糊精材料包括α环糊精、β环糊精和γ环糊精中的一种或几种。
[0008]本专利技术提供如上文所述的表面钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0009]A)在衬底表面形成电荷传输层1；
[0010]B)在电荷传输层1的表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，加热固化，形成钙钛矿薄膜；
[0011]C)将钝化溶液涂覆在钙钛矿薄膜表面，进行微刻蚀，然后加热固化，形成钝化层；
[0012]所述钝化溶液包括氢碘酸和环糊精材料，所述氢碘酸的体积分数为0.1～15％，所述环糊精材料的质量浓度为0.1～5％；
[0013]D)在所述钝化层的表面形成电荷传输层2，并在电荷传输层2的表面蒸镀电极，得到表面钝化钙钛矿太阳能电池。
[0014]优选的，所述钙钛矿前驱体溶液包括有机盐和无机盐；
[0015]所述有机盐为FAI，MAI，MACl，FABr和MABr中的一种或几种；所述无机盐为PbI2，PbBr2，PbCl2，CsBr，CsI和SnI2中的一种或几种。
[0016]优选的，将有机盐和无机盐在溶剂中混合溶解后，涂覆至电荷传输层1表面，退火
后形成钙钛矿薄膜；
[0017]所述退火的温度为100～150℃，所述退火的时间为10～30min。
[0018]优选的，将有机盐和无机盐分别在溶剂中溶解，得到有机盐溶液和无机盐溶液，将无机盐溶液涂覆在电荷传输层1表面后，70～90℃下退火1～2min形成涂层；将有机盐溶液涂覆在涂层表面，140～160℃下退火10～20min形成钙钛矿薄膜。
[0019]优选的，钝化溶液采用一步法或两步法涂覆在钙钛矿薄膜表面；
[0020]一步法为：将环糊精材料和氢碘酸与水混合，在50～70℃下搅拌0.5～2小时，得到钝化溶液，然后将钝化溶液涂覆在钙钛矿薄膜表面；
[0021]两步法为：将环糊精材料和氢碘酸分别与水混合，得到氢碘酸溶液和环糊精溶液，在钙钛矿薄膜表面依次涂覆氢碘酸溶液和环糊精溶液。
[0022]优选的，所述微刻蚀的时间为20～40s。
[0023]优选的，所述步骤C)中加热固化的温度为110～130℃，加热固化的时间为1～10min。
[0024]本专利技术提供了一种表面钝化钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、电荷传输层1、钙钛矿层、钝化层和电荷传输层2；所述钝化层包括环糊精材料；所述钙钛矿层与钝化层接触的表面具有刻蚀结构，所述钝化层与钙钛矿层接触的表面具有能够填充满所述刻蚀结构的填充结构。本专利技术在钙钛矿界面，氢碘酸在钙钛矿层具有“微刻蚀”的效果，因此，界面层除了钝化层，还有新引入的“微刻蚀”表面结构。“微刻蚀”的有益效果包括：1)去掉了钙钛矿表面的缺陷，提高了薄膜的质量；2)一定程度增加了钙钛矿薄膜的表面平整度，有利于提升后边膜层的制备与提升器件性能；3)“微刻蚀”实现了钝化层与钙钛矿层的接触，提升电荷传输与器件性能。此外，环糊精本具有
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NH2和
‑
COO官能团，分别连接钙钛矿层和电荷传输层，有益于钙钛矿层的结晶过程，增强钙钛矿层和电荷传输层之间的连接，实现界面钝化，促进电荷传输；环糊精钝化层的设计引入对钙钛矿太阳能电池器件在光电转换效率以及器件稳定性方面均得到改善。
附图说明
[0025]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0026]图1为本专利技术实施例1和对比例1中钙钛矿电池的电流密度
‑
电压(JV)曲线；
[0027]图2为本专利技术实施例1和对比例1中钙钛矿电池的归一化光电转换效率曲线；
[0028]图3为本专利技术实施例2中钙钛矿电池的电流密度
‑
电压(JV)曲线；
[0029]图4为本专利技术实施例3中钙钛矿电池的电流密度
‑
电压(JV)曲线；
[0030]图5为本专利技术中表面钝化钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0031]图6为本专利技术中钙钛矿层和钝化层界面结构示意图；
[0032]图5和图6中，1为电荷传输层2，2为钝化层，3为钙钛矿层，4为电荷传输层1，5为衬底。
具体实施方式
[0033]本专利技术提供了一种表面钝化钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、电荷传输层1、钙钛矿层、钝化层和电荷传输层2；
[0034]所述钝化层包括环糊精材料；所述钙钛矿层与钝化层接触的表面具有刻蚀结构，所述钝化层与钙钛矿层接触的表面具有能够填充满所述刻蚀结构的填充结构。
[0035]在本专利技术中，所述衬底优选为FTO、ITO或IWO。
[0036]在本专利技术中，所述电荷传输层1包括SnO2,TiO2,NiO
x
,CuO
x
,PTAA和C60中的一种或几种；所述电荷传输层1的厚度优选为10～50nm，优选为20～40nm。
[0037]在本专利技术中，所述钙钛矿层的厚度优选为300～1500nm。
[0038]在本专利技术中，钝化层优选包括环糊精材料，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种表面钝化钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的透明导电衬底、电荷传输层1、钙钛矿层、钝化层，电荷传输层2和电极；所述钝化层包括环糊精材料；所述钙钛矿层与钝化层接触的表面具有刻蚀结构，所述钝化层与钙钛矿层接触的表面具有能够填充满所述刻蚀结构的填充结构。2.根据权利要求1所述的表面钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钝化层的厚度≤100nm。3.根据权利要求1所述的表面钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述环糊精材料包括环糊精及其衍生物，所述环糊精材料包括α环糊精、β环糊精和γ环糊精中的一种或几种。4.如权利要求1所述的表面钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：A)在衬底表面形成电荷传输层1；B)在电荷传输层1的表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，加热固化，形成钙钛矿薄膜；C)将钝化溶液涂覆在钙钛矿薄膜表面，进行微刻蚀，然后加热固化，形成钝化层；所述钝化溶液包括氢碘酸和环糊精材料，所述氢碘酸的体积分数为0.1～15％，所述环糊精材料的质量浓度为0.1～5％；D)在所述钝化层的表面形成电荷传输层2，并在电荷传输层2的表面蒸镀电极，得到表面钝化钙钛矿太阳能电池。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液包括有机盐和无机盐；所述有机盐为FAI，MAI，MACl，FABr和MABr中的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖平，赵政晶，赵志国，赵东明，秦校军，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：