一种钙钛矿太阳电池p/i界面的修饰层及其制备方法

1.本发明涉及光电功能材料及器件技术领域。本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池p/i界面的修饰方法，p/i界面修饰层的引入能够改善钙钛矿溶液在衬底上的浸润性进而提高钙钛矿太阳电池器件的性能，同时涉及到了钝化钙钛矿缺陷的效果。


背景技术：

2.短短十几年，钙钛矿太阳电池的效率从最初的3.8％迅速提升至25％以上，吸引了许多专家学者的注意和研究兴趣。这离不开钙钛矿材料优异的光电性能，如长的载流子扩散长度、高的光吸收系数以及大的载流子迁移率等。钙钛矿太阳电池根据光的入射方向不同分为正结构和倒结构。其中，倒结构钙钛矿太阳电池更是具有可忽略迟滞效应的突出优势，并且可以全低温溶液制备，因而具有非常广阔的发展前景。
3.目前在倒置钙钛矿太阳电池中最常用的有机空穴传输材料有pedot:pss和ptaa。但是，相比起pedot:pss，ptaa具有更高的空穴迁移率，为1
×
10
‑2～1
×
10
‑3cm2v
‑1s
‑1，可以更有效地传输载流子。而且，ptaa的lumo能级为
‑
2.3ev左右，humo能级为
‑
5.25ev左右,与钙钛矿的能带更为匹配，这有利于载流子的提取和提高开路电压。因此，倒结构钙钛矿太阳电池采用ptaa作空穴传输层有望实现更优异的光伏性能。然而，ptaa表面浸润性不好，这不利于在ptaa表面上制备没有针孔、完全覆盖的致密钙钛矿薄膜。ptaa与钙钛矿薄膜之间的不良接触使得载流子容易在此处发生非辐射复合。
4.此外，经过10多年的深入研究，现如今，如果想要进一步提升器件效率的话，就需要考虑晶界和表界面缺陷对器件性能的影响，其不仅会影响载流子的复合，降低开路电压和短路电流，还会影响器件稳定性。更重要的是，钙钛矿的降解通常是从表面和晶界的缺陷开始的。所以缺陷钝化是对于钙钛矿太阳电池的一个重要课题，研究表界面的有效钝化对于提升器件效率和稳定性，从而实现高性能钙钛矿太阳电池的制备尤为重要。
5.近几年来，有越来越多的工作致力于研究钙钛矿薄膜表界面的缺陷钝化，并且也提高了器件效率和稳定性。但是，现有的方法都有一定的局限性。因此，探索出一种简便的表界面钝化方法是十分重要的。
6.因此，现有技术存在不足，需要进一步改进和完善。


技术实现要素：

7.(一)发明目的：
8.本发明旨在解决现有技术中存在的问题，通过在具有表面疏水性质的空穴传输层与钙钛矿层之间插入界面修饰层，对空穴传输层表面进行改性，改善其浸润性；同时钝化空穴传输层/钙钛矿层界面，实现高性能的倒结构钙钛矿太阳电池的制备。
9.(二)技术方案：
10.本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：
11.一种钙钛矿太阳电池p/i界面的修饰层及其制备方法，其中，将修饰溶液采用旋涂
法在空穴传输层与钙钛矿活性层之间形成界面修饰层；
12.所述p/i界面修饰层的主要成分为氯化钠(nacl)，所述nacl为无机离子化合物。
13.所述一种界面修饰层，其中，所述修饰溶液是无机离子化合物溶解在有机溶剂中制成，所述溶剂不溶解下面的空穴传输层。
14.所述一种界面修饰层，其中，所述溶剂为甲醇。
15.所述一种界面修饰层，其中，所述界面修饰层的主要成分为nacl，所述nacl为无机离子化合物。
16.所述一种界面修饰层，其中，所述nacl溶液的配制过程为：称取5mg nacl，向其中加入1ml甲醇，再加入磁子搅拌至完全溶解。
17.所述一种界面修饰层，其中，所述空穴传输层具有疏水的表面，浸润性差。
18.所述一种界面修饰层，其中，所述具有疏水表面的空穴传输层为ptaa。
19.所述界面修饰层的制备方法，其中，包括以下步骤：
20.s1：用精密天平称取5mg的nacl，向其中加入1ml的甲醇，再加入磁子搅拌至完全溶解，得到配制好的5mg/ml的nacl溶液；
21.s2：将配制好的nacl溶液用3000rpm的转速在空穴传输层上旋涂30s，70℃退火10min去除溶剂后，形成修饰层。
22.(三)有益效果
23.本发明的有益效果是：
24.本发明提供一种钙钛矿太阳电池p/i界面的修饰层及其制备方法。其中，钙钛矿太阳电池从下到上依次为透明导电衬底、空穴传输层、p/i界面修饰层、钙钛矿活性层、电子传输层和金属电极，所述p/i界面修饰层为无机离子化合物氯化钠。本发明通过该界面修饰层，可有效改善空穴传输层表面的浸润性，从而提高钙钛矿薄膜的结晶质量。同时，该修饰层可以有效钝化钙钛矿缺陷，从而显著提升了器件的开路电压、光电转换效率。本发明提出的界面修饰方法工艺简单、成本较低，有利于制备出高性能的倒结构钙钛矿太阳电池。
附图说明
25.图1为本发明具有界面修饰层的钙钛矿太阳电池的结构示意图；
26.图2为本发明优选实施例中ptaa表面在修饰层改性前与dmf的接触角；
27.图3为本发明优选实施例中ptaa表面在修饰层改性后与dmf的接触角；
28.图4为本发明优选实施例具有ptaa表面的钙钛矿太阳能电池的电流密度
‑
电压(j
‑
v)特性曲线。
29.以下将结合本发明的实施例参照附图进行详细叙述。
具体实施方式
30.下面结合优选的实施例对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是，本发明显然能够以多种不同于此描述的其他方式来实施，本领域科技人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
31.附图是本发明的实施例的示意图，需要注意的是，此附图仅作为示例，并非是按照
等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明的实际要求保护范围构成限制。
32.本发明提供的一种钙钛矿太阳电池p/i界面修饰层，将修饰溶液采用旋涂法在空穴传输层与钙钛矿活性层之间形成界面修饰层；修饰溶液是无机离子化合物溶解在有机溶剂中制成，所述溶剂不溶解下面的空穴传输层，优选溶剂为甲醇。所述界面修饰层的主要成分为氯化钠(nacl)，所述nacl为无机离子化合物。
33.本发明所述nacl溶液的配制过程为：称取5mg nacl，向其中加入1ml甲醇，再加入磁子搅拌得到。
34.本发明所述界面修饰层的制备方法，包括以下步骤：
35.s1：称取5mg nacl，向其中加入1ml甲醇，再加以搅拌得到5mg/ml的nacl溶液；
36.s2：将配制好的nacl溶液用3000rpm的转速在空穴传输层上旋涂30s，然后在70℃下退火10min去除溶剂后，形成修饰层。
37.为了进一步说明本发明所提供的钙钛矿太阳电池p/i界面修饰层及其制备方法，下面结合实例进行详述：
38.本发明所述界面修饰层的优选实施例，所述界面修饰钝化层的主要成分为氯化钠(nacl)，所述nacl为无机离子化合物。
39.本发明所述具有界面修饰层的钙钛矿太阳电池结构如图1所示，包括基底为透明导电ito玻璃1，所述基底上设置空穴传输层2，所述空穴传输层优选的为ptaa空穴传输层，所述空穴传输层上设置界面修饰层3，所述界面修饰层为nacl，所述修饰层上设置钙钛矿活性层4，所述钙钛矿活性层上设置电子传输层5，所述电子传输层上设置金属电极6。
40.所述空穴传输层2表现出较为严重的疏水特性，不利于在其上制备高质量钙钛矿活性层。本发明通过提出独有的方案，有效改善了上述浸润性差的问题，从而得到高性能的钙钛矿太阳电池。
41.本发明在透明导电衬底上制备ptaa，并对ptaa表面进行改性，同时钝化ptaa/钙钛矿层界面，所述制备步骤为：首先制备浓度为5mg/ml的nacl溶液，溶剂为甲醇；然后将浓度为5mg/ml的nacl溶液用3000rpm的转速制备在ptaa上；再70℃退火10min，产生nacl修饰层。
42.所述ptaa表面在修饰前与dmf的接触角如图2所示，其ptaa表面在修饰后与dmf的接触角如图3所示，由27.98度减小为22.40度。
43.所述具有界面修饰层的钙钛矿太阳电池的j
‑
v特性测试结果如图4所示，所述具有界面修饰层的钙钛矿太阳电池的最高效率为16.44％，具体参数为：短路电流密度21.57ma/cm2，开路电压980mv，填充因子77.8％。本发明的益处：经过nacl修饰的倒结构钙钛矿太阳电池平均效率从9.79％提高到13.41％，最高效率为16.44％。
44.通过该修饰层，可有效改善ptaa表面的浸润性，从而提高钙钛矿薄膜的结晶质量；同时，该修饰层可以有效钝化ptaa/钙钛矿界面，从而显著提升了器件的开路电压、光电转换效率。
45.下面对本技术中的英文缩写进行说明：
46.ptaa(poly[bis(4
‑
phenyl)(2,4,6
‑
trimethylphenyl)amine])
[0047]
ito(indium
‑
tin oxide)
[0048]
dmf(n,n
‑
dimethylformamide)
[0049]
上述内容是对本发明进行了示例性描述，可以帮助本领域技术人员更充分地理解
本发明创造的技术方案。但是，这些实施例仅仅是举例说明，本发明具体实现并不受上述方式的限制。对本发明创造所属技术领域的普通技术人员来说，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。