一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及光电子材料，具体而言，涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、近些年来，由有机-无机杂化钙钛矿材料(ch3nh3pbx3)制备的太阳能电池因其具有高光吸收系数、高电荷迁移率、长载流子扩散长度和可调节的光学带隙、较低成本及相对容易制备等优势获得了科学家的广泛关注，且有望成为下一代商用的太阳能电池。合适的电子传输层是制造理想太阳能电池的必要前提，因为电子传输层的作用是产生和传导电池中的电子，有效分离电子和空穴，也决定着电池的能量转化效率。电子传输材料性能的好坏直接影响了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。

2、近些年来，sno2因其合适的能级、高电子提取率、良好的光学性能和低退火温度而被广泛用于钙钛矿太阳能电池中作为电子传输层。然而，sno2的固有缺陷(如sn悬挂键)会使电学性能恶化，并导致sno2层致密性差。此外，质量较差的sno2薄膜甚至会影响上层钙钛矿薄膜的结晶度及其界面性质，导致钙钛矿太阳能电池中严重的非辐射载流子复合损失和光电转换效率降低。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是现有体系中电子传输层sno2的电子迁移率较低、能级不匹配，从而降低钙钛矿薄膜质量和器件的效率与稳定性。

2、为解决上述问题，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的第一电极、电子传输层、自组装材料修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和第二电极，且所述自组装材料修饰层的材料为两端包括三甲氧硅烷基和有机官能团的硅烷偶联剂，所述有机官能团选自噻吩基、吡啶基或卤基。

3、可选地，所述自组装材料修饰层选自噻吩基三甲氧基硅烷、2-(2-吡啶基)乙基三甲氧基硅烷和3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种。

4、可选地，所述第一电极选自ito或fto，所述第二电极选自金电极和银电极中的至少一种。

5、可选地，所述电子传输层的材料选自sno2和/或tio2。

6、可选地，所述钙钛矿吸光层为abxny3-n晶体，其中，a为有机阳离子fa+、ma+或cs+，fa为-hc(nh2)2，ma为-ch3nh3；b为pb2+，x和y为i-、br-、cl-中的不同种类，n的范围为0-3。

7、可选地，所述空穴传输层为spiro-ometad和/或ptaa。

8、本发明所述的钙钛矿太阳能电池中，自组装材料修饰层材料中的三甲氧硅烷基硅烷偶联剂可以通过硅烷化工艺在此类氧化物表面上自组装和交联，它们产生锚定的o-si键大大减少了sno2电子传输层(etl)的表面羟基(-oh)基团数量。其次，基于三甲氧硅烷基硅烷偶联剂，可通过改善光载流子的提取，减少界面处的电荷积累以及界面电荷陷阱的钝化，增加钙钛矿太阳能电池(pscs)的光电转化效率并减少pscs中的磁滞，另外，有机官能团可以与钙钛矿吸光层接触并反应，可以有效钝化钙钛矿层的缺陷，减少晶格畸变。

9、为解决上述问题，本发明还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：

10、步骤s1，以透明导电基板制备第一电极；

11、步骤s2，在所述第一电极的上方涂覆电子传输层材料；

12、步骤s3，以自组装材料溶于有机溶剂得到混合液，将所述混合液旋涂在所述电子传输层上方，制得自组装材料修饰层；

13、步骤s4，将钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述自组装材料修饰层上，制得钙钛矿吸光层；

14、步骤s5，在所述钙钛矿吸光层上面旋涂空穴传输层材料，制得空穴传输层；

15、步骤s6，在空穴传输层上方热沉积金属制备第二电极，得到钙钛矿太阳能电池。

16、可选地，步骤s3中，所述旋涂转速为1000-6000rpm，旋涂时间为10-60s，且在旋涂完成后于70-120℃温度下退火5-20min。

17、可选地，步骤s4中，所述钙钛矿前驱体溶液通过将fai、pbi2、mabr、pbbr2、csi溶于第二有机溶剂得到，其中，所述fai、pbi2、mabr、pbbr2、csi的组分摩尔比为1:1.1:0.2:0.22:0.065。

18、可选地，所述第二有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。

19、本发明所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法简单，且本发明所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法与所述钙钛矿太阳能电池相对于现有技术的优势相同，在此不再赘述。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的第一电极、电子传输层、自组装材料修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和第二电极，且所述自组装材料修饰层的材料为两端包括三甲氧硅烷基和有机官能团的硅烷偶联剂，所述有机官能团选自噻吩基、吡啶基或卤基。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述自组装材料修饰层选自噻吩基三甲氧基硅烷、2-(2-吡啶基)乙基三甲氧基硅烷和3-氯丙基三甲氧基硅烷中的一种。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极选自ito或fto，所述第二电极选自金电极和银电极中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的材料选自sno2和/或tio2。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为abxny3-n晶体，其中，a为有机阳离子fa+、ma+或cs+，fa为-hc(nh2)2，ma为-ch3nh3；b为pb2+，x和y为i-、br-、cl-中的不同种类，n的范围为0-3。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为spiro-ometad和/或ptaa、中的一种或多种。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s3中，旋涂转速为1000-6000rpm，旋涂时间为10-60s，且在旋涂完成后于70-120℃温度下退火5-20min。

9.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤s4中，所述钙钛矿前驱体溶液通过将fai、pbi2、mabr、pbbr2、csi溶于第二有机溶剂得到，其中，所述fai、pbi2、mabr、pbbr2、csi的组分摩尔比为1:1.1:0.2:0.22:0.065。

10.根据权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第二有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种。

技术总结
本发明提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及光电子材料技术领域，钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的第一电极、电子传输层、自组装材料修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和第二电极，且所述自组装材料修饰层的材料为两端包括三甲氧硅烷基和有机官能团的硅烷偶联剂，所述有机官能团选自噻吩基、吡啶基或卤基。本发明自组装材料修饰层材料中的三甲氧硅烷基硅烷偶联剂可以通过硅烷化工艺在此类氧化物表面上自组装和交联，它们产生锚定的O‑Si键大大减少了SnO<subgt;2</subgt;电子传输层(ETL)的表面羟基(‑OH)基团数量，另外，有机官能团可以与钙钛矿吸光层接触并反应，可以有效钝化钙钛矿层的缺陷，减少晶格畸变。

技术研发人员：林树源,葛子义,陶新永,刘畅
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13