菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池及制备方法

本发明属于新能源，具体涉及一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、全无机钙钛矿电池cspbi3-xbrx(0≤x≤3)因良好的热稳定性、高的吸光系数和理想的带隙在叠层电池领域备受关注。混合卤化物阴离子常被用于优化全无机钙钛矿材料的带隙和稳定性，但也引起以下问题：(1)混合卤素全无机钙钛矿薄膜易发生卤化物相分离，钙钛矿薄膜相稳定性差；(2)缺陷密度大，带正电的金属阳离子和带负电的卤化物阴离子缺陷不仅可以作为非辐射复合中心影响载流子传输，更为水或氧气分子的渗透提供了路径，使得钙钛矿/传输层界面非辐射复合严重，对电池的光电转换效率和稳定性产生严重影响。

2、针对上述问题，现阶段有不少文献采用前驱体掺杂、缺陷钝化、传输层界面修饰等策略对钙钛矿薄膜的微结构及钙钛矿/传输层的界面电学性质进行调控，在一定程度上提高了全无机钙钛矿薄膜的质量、相稳定性或界面载流子传输特性。然而，前驱体掺杂可能会在钙钛矿晶格中引入缺陷，形成散射或俘获中心，损伤界面载流子传输效率。界面修饰通常是将界面修饰分子沉积在钙钛矿层表面来调控界面能级或钝化钙钛矿表面/晶界缺陷，功能单一，一般不会形成特定的界面相互作用，或对界面载流子迁移率有一定损伤，因此界面修饰策略的稳定性较差，易受环境影响。

3、因此，改善全无机钙钛矿薄膜的质量和相稳定性成为目前亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池及制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

2、本发明实施例提供了一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，包括：依次层叠的衬底、阳极、空穴传输层、埋底界面修饰层、钙钛矿吸光层、电子传输层和阴极，其中，

3、所述埋底界面修饰层的材料包括菲咯啉、菲咯啉衍生物中的一种或多种；

4、所述钙钛矿吸光层的材料采用无机含铅钙钛矿材料。

5、在本发明的一个实施例中，所述埋底界面修饰层的厚度为50～300nm；

6、所述菲咯啉衍生物包括菲咯啉化合物phen 1、菲咯啉化合物phen 2中的一种或多种；

7、所述菲咯啉的分子结构式为：

8、所述菲咯啉化合物phen 1的分子结构式为：

9、

10、所述菲咯啉化合物phen 2的分子结构式为：

11、

12、在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿吸光层的厚度为100～300nm；

13、所述无机含铅钙钛矿材料包括cspbcl3、cspbi3、cspbbr3、cspbi3-xbrx(0<x<3)中的一种或多种。

14、在本发明的一个实施例中，所述衬底的材料包括硅片、玻璃、柔性金属箔、柔性塑料中的一种或多种；

15、所述空穴传输层的材料包括meo-2pacz、me-4pacz、spiro-meotad、pmma、niox中的一种或多种；

16、所述电子传输层的材料包括pc61bm、tio2、zno中的一种或多种；

17、所述阴极的材料包括ag、cu中的一种或多种。

18、在本发明的一个实施例中，还包括阴极缓冲层，所述阴极缓冲层位于所述传输层和所述阴极之间。

19、在本发明的一个实施例中，所述阴极缓冲层的数量为2层；

20、所述阴极缓冲层的材料包括c60、bcp中的一种或多种。

21、本发明的另一个实施例提供了一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括步骤：

22、s1、对衬底基片进行预处理，其中，所述衬底基片包括衬底和位于所述衬底表面的阳极；

23、s2、在所述衬底基片具有所述阳极的一侧表面制备空穴传输层；

24、s3、在所述空穴传输层表面制备埋底界面修饰层，其中，所述埋底界面修饰层的材料包括菲咯啉、菲咯啉衍生物中的一种或多种；

25、s4、在所述埋底界面修饰层的表面制备钙钛矿吸光层，其中，所述钙钛矿吸光层的材料采用无机含铅钙钛矿材料；

26、s5、在所述钙钛矿吸光层的表面制备电子传输层；

27、s6、在所述电子传输层的表面制备阴极。

28、在本发明的一个实施例中，步骤s3包括：

29、s31、将埋底界面修饰材料溶解在异丙醇或乙醇溶液中，得到埋底界面修饰材料的前驱体溶液；

30、s32、将所述埋底界面修饰材料的前驱体溶液旋涂在所述空穴传输层上，旋涂转速为2000～6000r/min，旋涂时间为30～50s，形成埋底界面修饰层。

31、在本发明的一个实施例中，步骤s4包括：

32、s41、使用一步旋涂法，在所述埋底界面修饰层的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，其中，旋涂条件为：首先以500～2000r/min的转速旋涂3～10s，再提高转速至2000～6000r/min持续20～40s；

33、s42、将旋涂后的基片在空气环境下退火，退火温度为100～200℃，退火时间为5～30min，形成钙钛矿吸光层。

34、在本发明的一个实施例中，步骤s6之前还包括：

35、在所述电子传输层的表面制备阴极缓冲层。

36、与现有技术相比，本发明的有益效果：

37、1、本发明的钙钛矿太阳能电池中，埋底界面修饰层的材料采用菲咯啉、菲咯啉衍生物中的一种或多种，钙钛矿吸光层的材料采用无机含铅钙钛矿材料，由于菲咯啉及其衍生物的邻二氮杂菲骨架中的两个n原子具有螯合能力，其作为路易斯碱，能够与顶层钙钛矿中的pb2+发生配位作用，从而调控钙钛矿层的结晶过程，促进结晶取向，减少缺陷形成和相分离的产生，提高钙钛矿结晶质量和吸光性能，同时，菲咯啉及其衍生物还具有与空穴传输层和钙钛矿吸光层的homo能级或价带相匹配的优势，最终实现反型全无机钙钛矿太阳能电池的高能量转换效率和高湿度稳定性。

38、2、本发明的钙钛矿太阳能电池中，菲咯啉衍生物中三苯乙烯基团的空间位阻可以减少其与空穴传输层间的π-π相互作用，减少其与钙钛矿层间的紧密堆叠，大大降低界面处载流子复合的发生几率。

技术特征：

1.一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：依次层叠的衬底、阳极、空穴传输层、埋底界面修饰层、钙钛矿吸光层、电子传输层和阴极，其中，

2.根据权利要求1所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述埋底界面修饰层的厚度为50～300nm；

3.根据权利要求1所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层的厚度为100～300nm；

4.根据权利要求1所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述衬底的材料包括硅片、玻璃、柔性金属箔、柔性塑料中的一种或多种；

5.根据权利要求1所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括阴极缓冲层，所述阴极缓冲层位于所述传输层和所述阴极之间。

6.根据权利要求5所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述阴极缓冲层的数量为2层；

7.一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：

8.根据权利要求7所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s3包括：

9.根据权利要求7所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s4包括：

10.根据权利要求7所述的菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s6之前还包括：

技术总结
本发明涉及一种菲咯啉埋底修饰的反型无机钙钛矿太阳能电池及制备方法，反型无机钙钛矿太阳能电池包括：依次层叠的衬底、阳极、空穴传输层、埋底界面修饰层、钙钛矿吸光层、电子传输层和阴极，其中，埋底界面修饰层的材料包括菲咯啉、菲咯啉衍生物中的一种或多种；钙钛矿吸光层的材料采用无机含铅钙钛矿材料。本申请利用菲咯啉及其衍生物作为埋底界面修饰材料制备钙钛矿太阳电池，能在一定程度上调控钙钛矿生长过程，抑制全无机钙钛矿的相分离，同时优化界面能级匹配，提高反型全无机钙钛矿电池的湿度和热稳定性。

技术研发人员：习鹤,陈丹丹,严钰豪,梁作芹,张春福,朱卫东,陈大正,周龙
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/10/31