一种含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明属于钙钛矿太阳能，具体地涉及一种含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着社会文明的进步，人类对能源的需求急剧增加，现有的能源供应系统包括煤、石油和天然气等化石能源的储量有限，并且它们可能会对环境造成不可逆的危害。开发清洁无污染的新型能源供应系统是十分必要的，在一定程度上来说，太阳能取之不尽用之不竭，在地球上分布广泛，清洁无污染，合理的开发和利用太阳能是响应我国国家号召，实现节能减排和碳中和目标的有力手段。

2、太阳能电池能够将太阳能转化为电能，开发高效稳定的太阳能电池是利用太阳能的有效途径之一。在2009年，日本桐荫横浜大学的宫坂力教授发明了以钙钛矿为吸光层的钙钛矿太阳能电池，其功率转换效率为3.8％，在众多科学家的努力下，钙钛矿太阳能电池的功率转换效率已经超过了25％，钙钛矿太阳能电池用十几年走完了硅基太阳能走了几十年的路，因此，钙钛矿太阳能电池被视为下一代光伏技术。通常，具有正式结构的钙钛矿太阳能电池的电子传输层和钙钛矿层是通过从前驱体溶液中退火蒸发溶剂来制备的，在结晶过程中容易在晶界和表面产生缺陷，这些缺陷会导致钙钛矿分解加速和非辐射复合的产生，这对钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性有严重的负面影响。如果我们能对制备的电子传输层和钙钛矿层的缺陷进行填充和修饰，使得钙钛矿太阳能的稳定性和效率得到有效提高，这可能进一步加快钙钛矿太阳能电池的商业化。

3、例如cn 114843405 a公开了一种含氯有机钾盐修饰的钙钛矿太阳能电池电子传输层、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，将含氯有机钾盐均匀布设在电子传输层表面。cn111584715 a公开了一种修饰剂、钙钛矿活性材料、制备方法及钙钛矿太阳能电池，利用富勒烯衍生物、聚甲基丙烯酸甲酯和有机离子液修饰钙钛矿层。但这些发明中的界面修饰剂只能对单一界面修饰，双层界面修饰技术及双层界面修饰候选材料并未得到公开。

技术实现思路

1、本发明的目的为针对现有修饰材料只能修饰单一界面的缺陷，提供了一种含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该电池同时对电子传输层和钙钛矿层的缺陷进行填充和修饰，通过氢键和化学相互作用等来钝化氧化锡中的氧缺陷以及钙钛矿层中的离子空位等；制备方法中，选用了三氟乙酸盐作为修饰层，并且沉积后无需退火。本发明解决了钙钛矿太阳能电池由于电子传输层和钙钛矿层缺陷多，效率低和稳定性差的问题。

2、本发明的技术方案为：

3、一种含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次为导电玻璃、电子传输层、电子传输层修饰层、钙钛矿层、钙钛矿修饰层、空穴传输层和电极；

4、所述导电玻璃为ito导电玻璃或fto导电玻璃；

5、所述电子传输层为氧化锡，厚度为20-400nm；

6、所述钙钛矿层为甲胺铅碘钙钛矿，厚度为500-2000nm；

7、所述空穴传输层为spiro-ometad，厚度为20-400nm；

8、所述电子传输层修饰层和钙钛矿修饰层均为三氟乙酸甲胺、三氟乙酸甲脒、三氟乙酸二甲胺、三氟乙酸乙脒、三氟乙酸乙二胺、三氟乙酸胍中的一种，厚度为2-200nm；

9、所述电极为金或银电极，其厚度为10-100nm；

10、所述含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：

11、1)将所述导电玻璃洗净后臭氧5-60min；

12、2)将氧化锡水溶液旋涂到步骤1)所述导电玻璃上，在100-400℃下退火10-90min，得到电子传输层；

13、所述氧化锡水溶液的质量百分浓度为3％-10％，旋涂速度为1000-4000r/min，旋涂时间为5-100s；

14、3)将步骤2)所述的电子传输层预热到25-70℃；

15、4)将电子传输层修饰层溶液旋涂到步骤3)所述的电子传输层上，在惰性气体中放置1-10天，得到电子传输层修饰层；

16、所述电子传输层修饰层溶液的浓度为0.1-10mg/ml，其溶剂为氯苯、无水乙醇或异丙醇；旋涂速度为1000-5000r/min，旋涂时间为10-50s；

17、所述惰性气体为氮气、氦气或氩气；

18、5)将钙钛矿前驱体溶液旋涂到步骤4)所述电子传输层修饰层上，在100-200℃下退火10-100min，冷却至室温，得到钙钛矿层；

19、所述钙钛矿层前驱体溶液的溶剂为dmf和nmp组成的混合溶剂，比例为1：1-1：9；

20、所述钙钛矿前驱体溶液的溶质为甲胺铅碘，其浓度为1-2mol/l，旋涂速度为2000-6000r/min，旋涂时间为5-50s；

21、6)将步骤5)得到的钙钛矿层预热到25-70℃；

22、7)将所述钛矿界面修饰层溶液旋涂到步骤6)所述的预热的钙钛矿层上，在惰性气体中放置1-10天，得到钙钛矿修饰层；

23、所述钛矿界面修饰层溶液的浓度为0.1-10mg/ml，其溶剂为氯苯、无水乙醇或异丙醇；旋涂速度为1000-5000r/min，旋涂时间为10-50s；

24、所述的惰性气体为氮气、氦气或氩气；

25、8)将所述的空穴传输层溶液旋涂在步骤7)得到的钙钛矿修饰层上；

26、所述空穴传输层溶液的溶剂为氯苯，浓度为0.05-0.2mg/ml，旋涂速度为2000-5000r/min，旋涂时间为10-50s；

27、9)将步骤8)所述的空穴传输层在空气或氧气中放置1-10天，然后蒸镀上5-100nm金属电极。

28、本发明的实质性特点为：

29、传统的正式结构的钙钛矿太阳能电池包括：导电玻璃，电子传输层，钙钛矿层，空穴传输层和电极。为了提高器件的效率和稳定性，往往通过增加修饰层的方式。但由于以往公开的材料只对单层界面有效果，并且多层界面修饰存在工艺复杂，界面接触差，层与层间相互溶解的问题，为了使界面修饰材料发生钝化反应和溶剂挥发还要进行退火处理。

30、本发明的钙钛矿太阳能电池结构为导电玻璃，电子传输层，电子传输层修饰层，钙钛矿层，钙钛矿修饰层，空穴传输层，电极。即引入了对电子传输层和钙钛矿层都有效果的三氟乙酸盐修饰层，同时对电子传输层和钙钛矿层进行修饰，双修饰层的结构，不仅使电子传输层和钙钛矿层缺陷减少，而且使得层与层之间的能级更加匹配，界面能级的匹配直接影响着载流子的收集效率，从而影响到器件的最终光电转换效率，能级匹配使得器件的效率和稳定性大大提高，三氟乙酸盐具有高的结合能，低的反应势垒，在室温就能够发生钝化反应，采用易挥发的溶剂并且在惰性气体进行长时间保存将溶剂挥发完全，所以不用进行后退火处理。

31、本发明的有益效果为：

32、一种含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其目的在于填充和修饰钙钛矿太阳能电池吸光层表面的缺陷，解决钙钛矿太阳能电池效率低和稳定性差的问题，与现有技术相比，本发明具有以下优点：

33、本发明提供了一种含双层三氟乙酸盐修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，修饰层无需进行二次退火，得到的含双层界面修饰层的钙钛矿太阳能电池稳定无缺陷，能够有效改善电子传输层和钙钛矿层的质量，从而提高钙钛矿太阳能电池的开路电压、短路电流和填充因子，从而大大提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。对照例钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为20.12％、填充因子为78.34％、开路电压为1.10v、短路电流为23.35ma/cm2,实施例钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为21.97％、填充因子为79.27％、开路电压为1.15v、短路电流为24.10ma/cm2。可以发现，开路电压，短路电流和填充因子得到了增加，从而使效率得到显著增加，据报道，光电转化效率每提升1％，相应产能及收益提升，对应度电成本可下降5％-7％，因此本发明对于钙钛矿太阳能电池的商业化具有显著意义。