【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层、制备方法及电池，属于光伏。
技术介绍
1、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其优异的物理化学特性受到了全世界的广泛关注，经过10年的发展，其光电转化效率从3.8％迅速提升至了25.5％，已经接近商业化单晶硅基太阳能电池的最高效率。此外，钙钛矿太阳能电池可以采用溶液法进行制备，并且所需元素地球储量丰富，因此其制备成本要远低于硅基太阳能电池。然而，由于钙钛矿材料离子晶体的特性，其稳定性问题一直饱受诟病。
2、为了进一步促进电池的商业化，可以采取表界面修饰的手段对电池进行处理。钙钛矿太阳能电池在外界环境的诱导下，通常从其吸收层的表界面处开始发生降解，进而加速器件性能的衰减。此外，钙钛矿太阳能电池的表界面处还存在很多缺陷，这些缺陷是电池中载流子的复合中心，严重损害光电性能。因此，通过界面修饰的策略来同时抑制缺陷处的载流子复合和与材料的本征降解行为，成为了钙钛矿太阳能电池的一个重点。
3、钙钛矿太阳能电池的稳定性主要从湿热下的储存稳定性、光照下的工作稳定性以及热循环稳定性等几个方面进行考察，而钙钛矿材料在这些外界环境诱导下的降解通常是从其表界面处开始的。钙钛矿材料表界面处的缺陷是水氧的主要吸附位点，而晶界则是水氧的主要渗透路径。此外，界面处电荷的积累以及不同层之间热膨胀系数差异导致的界面断裂也分别是光照下以及热循环状态下导致电池失效的主要原因。因此，通过界面修饰的策略来提升钙钛矿太阳能电池的稳定性是目前研究的重点问题之一。
4、目前，界面修饰的策略广泛应用于
技术实现思路
1、为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的之一在于提供一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，便于控制其与钙钛矿吸收层的反应程度。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法。
3、本专利技术的目的之三在于提供一种钙钛矿太阳能电池。
4、本专利技术的目的之四在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。
5、为实现本专利技术的目的，提供以下技术方案。
6、一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，所述界面修饰层用于修饰钙钛矿吸收层，所述界面修饰层的材料为化学通式为a[sixo2x+1]c3x+3的硅烷材料，其中a为-nh2、-sh、-c＝o、-cooh、-ch3和-c6h5中的至少一种，x在1～∞之间。
7、优选的，所述硅烷材料可以为(3-氨丙基)三甲氧基硅烷(aptms)、(3-异氰酸酯丙基)三甲氧基硅烷(iptms)、(3-巯丙基)三甲氧基硅烷(mptms)、3-(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷(papms)或三甲氧基硅烷(tms)。
8、所述界面修饰层包括：钙钛矿太阳能电池中电子传输层与钙钛矿吸收层之间的下界面修饰层，和/或，位于钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的上界面修饰层。
9、所述下界面修饰层和上界面修饰层的材料可分别独立地选自下述硅烷材料：(3-氨丙基)三甲氧基硅烷、(3-异氰酸酯丙基)三甲氧基硅烷、(3-巯丙基)三甲氧基硅烷、3-(苯基氨基)丙基三甲氧基硅烷或三甲氧基硅烷。
10、所述下界面修饰层厚度为0.1nm～3nm；优选的，下界面修饰层厚度为0.1nm～2nm。
11、所述上界面修饰层厚度为0.3nm～10nm。
12、一种本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，所述下界面修饰层采用旋涂或磁控溅射工艺沉积得到钙钛矿吸收层的界面修饰层，并通过调整所述界面修饰层反应的温度、时间以及湿度来控制所述界面修饰层的交联反应程度；所述界面修饰层的材料为化学通式为a[sixo2x+1]c3x+3的硅烷材料，其中a为-nh2、-sh、-c＝o、-cooh、-ch3和-c6h5中至少一种，x在1～∞之间
13、所述界面修饰层包括：位于钙钛矿太阳能电池中电子传输层与钙钛矿吸收层之间的下界面修饰层，和/或，位于钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的上界面修饰层；
14、所述下界面修饰层采用旋涂工艺或磁控溅射工艺沉积，并进行所述加热反应得到，所述上界面修饰层采用旋涂工艺或热蒸发工艺沉积，并通过所述加热反应得到；其中，所述旋涂工艺以及所述加热反应具体步骤包括：
15、(1)下界面修饰层的制备
16、将质量浓度为0.03mg/ml～2mg/ml的硅烷材料溶液以1000rpm～10000rpm的旋转速度旋涂在电子传输层的表面，在相对湿度(rh)为30％～40％环境下、80℃～150℃的条件下加热5min～10min，在电子传输层的表面得到交联的下界面修饰层。
17、优选的，所述硅烷材料溶液以3000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在电子传输层的表面；
18、所述硅烷溶液的溶剂为有机溶剂，优选氯苯(cb)或异丙醇(ipa)。
19、所述旋涂的加速度为2000rpm·s-1～5000rpm·s-1；优选的，旋涂加速度为5000rpm·s-1。
20、(2)上界面修饰层的制备
21、将质量浓度为0.1mg/ml～10mg/ml的硅烷材料溶液以3000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在钙钛矿吸收层表面，在相对湿度(rh)为10％～40％环境下、温度为100℃～150℃的条件下加热5min～20min，在钙钛矿吸收层的表面得到交联的上界面硅烷修饰层。
22、优选的，旋涂后，在相对湿度(rh)为30％～40％环境下、温度为100℃～150℃的条件下加热5min～20min。
23、优选的，所述硅烷材料溶液的质量浓度为0.3mg/ml～5mg/ml；
24、优选的，所述硅烷材料溶液以4000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在钙钛矿吸收层表面；
25、所述硅烷溶液的溶剂为有机溶剂，优选氯苯(cb)或异丙醇(ipa)。
26、所述旋涂的加速度为3000rpm·s-1～5000rpm·s-1；优选的，旋涂加速度为3000rpm·s-1。
27、可选地，步骤(1)中硅烷材料溶液以3000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在电子传输层的表面；硅烷溶液的溶剂为氯苯或异丙醇；旋涂加速度为5000rpm·s-1。
28、可选地，步骤(2)中硅烷材料溶液的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：所述界面修饰层用于修饰钙钛矿吸收层，所述界面修饰层的材料为化学通式为A[SixO2x+1]C3x+3的硅烷材料，其中A为-NH2、-SH、-C＝O、-COOH、-CH3和-C6H5中的至少一种，x在1～∞之间。
2.根据权利要求1所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：所述界面修饰层包括位于钙钛矿太阳能电池中电子传输层与钙钛矿吸收层之间的下界面修饰层，和/或，位于钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的上界面修饰层；
3.根据权利要求2所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：
4.根据权利要求3所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于，包括：采用旋涂或磁控溅射工艺沉积得到钙钛矿吸收层的界面修饰层，并通过调整所述界面修饰层加热反应的温度、时间以及湿度来控制所述界面修饰层的交联反应程度；所述界面修饰层的材料为化学通式为A[SixO2x+1]C3x+3的硅烷材料，其中A为-NH2、-SH、-
6.一种如权利要求5所述钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：所述界面修饰层包括：位于钙钛矿太阳能电池中电子传输层与钙钛矿吸收层之间的下界面修饰层，和/或，位于钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的上界面修饰层；所述下界面修饰层采用旋涂工艺或磁控溅射工艺沉积，并进行所述水热反应得到，所述上界面修饰层采用旋涂工艺或热蒸发工艺沉积，并通过所述水热反应得到；其中，所述旋涂工艺以及所述水热反应具体步骤包括：
7.根据权利要求6所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中硅烷材料溶液以3000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在电子传输层的表面；硅烷溶液的溶剂为氯苯或异丙醇；旋涂加速度为5000rpm·s-1。
8.根据权利要求6所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中硅烷材料溶液的质量浓度为0.3mg/mL～5mg/mL；硅烷材料溶液以4000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在钙钛矿吸收层表面；硅烷溶液的溶剂为氯苯或异丙醇；旋涂加速度为3000rpm·s-1。
9.根据权利要求6所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中硅烷材料溶液以3000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在电子传输层的表面；硅烷溶液的溶剂为氯苯或异丙醇；旋涂加速度为5000rpm·s-1；步骤(2)中硅烷材料溶液的质量浓度为0.3mg/mL～5mg/mL；硅烷材料溶液以4000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在钙钛矿吸收层表面；硅烷溶液的溶剂为氯苯或异丙醇；旋涂加速度为3000rpm·s-1。
10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电池包括下界面修饰层和上界面修饰层中的至少一种，以及钙钛矿吸收层，所述上界面修饰层为权利要求2～3中任意一项所述钙钛矿太阳能电池上界面修饰层；所述下界面修饰层为权利要求2～4中任意一项所述钙钛矿太阳能电池下界面修饰层；其中，
11.根据权利要求10所述一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电池还包括：由下向上依次层叠的导电基底材料、电子传输层、下界面修饰层、钙钛矿吸收层、上界面修饰层、空穴传输层和金属电极层；
12.根据权利要求11所述一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述导电玻璃为电阻率为10Ω·cm-1～50Ω·cm-1的ITO玻璃；所述空穴传输层的材料为Spiro-OMeTAD掺杂TBP和Li-TFSI，或所述空穴传输层的材料为PTAA掺杂TBP和Li-TFS。
13.根据权利要求11所述一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层的厚度为10nm～60nm；所述钙钛矿吸收层的厚度为400nm～800nm；所述空穴传输层的厚度为100nm～300nm；所述金属电极层的厚度为80nm～300nm。
14.一种如权利要求9～12中任意一项所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法步骤如下：
15.根据权利要求14所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)包括：
...【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：所述界面修饰层用于修饰钙钛矿吸收层，所述界面修饰层的材料为化学通式为a[sixo2x+1]c3x+3的硅烷材料，其中a为-nh2、-sh、-c＝o、-cooh、-ch3和-c6h5中的至少一种，x在1～∞之间。
2.根据权利要求1所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：所述界面修饰层包括位于钙钛矿太阳能电池中电子传输层与钙钛矿吸收层之间的下界面修饰层，和/或，位于钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的上界面修饰层；
3.根据权利要求2所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：
4.根据权利要求3所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层，其特征在于：
5.一种如权利要求1～4中任意一项所述钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于，包括：采用旋涂或磁控溅射工艺沉积得到钙钛矿吸收层的界面修饰层，并通过调整所述界面修饰层加热反应的温度、时间以及湿度来控制所述界面修饰层的交联反应程度；所述界面修饰层的材料为化学通式为a[sixo2x+1]c3x+3的硅烷材料，其中a为-nh2、-sh、-c＝o、-cooh、-ch3和-c6h5中至少一种，x在1～∞之间。
6.一种如权利要求5所述钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：所述界面修饰层包括：位于钙钛矿太阳能电池中电子传输层与钙钛矿吸收层之间的下界面修饰层，和/或，位于钙钛矿吸收层与空穴传输层之间的上界面修饰层；所述下界面修饰层采用旋涂工艺或磁控溅射工艺沉积，并进行所述水热反应得到，所述上界面修饰层采用旋涂工艺或热蒸发工艺沉积，并通过所述水热反应得到；其中，所述旋涂工艺以及所述水热反应具体步骤包括：
7.根据权利要求6所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：步骤(1)中硅烷材料溶液以3000rpm～6000rpm的旋转速度旋涂在电子传输层的表面；硅烷溶液的溶剂为氯苯或异丙醇；旋涂加速度为5000rpm·s-1。
8.根据权利要求6所述一种钙钛矿太阳能电池界面修饰层的制备方法，其特征在于：步骤(2)中硅烷材料溶液的质量浓度为0...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈棋，白阳，章骁，段野，
申请(专利权)人：北京曜能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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