钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及光电子器件制备，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能电池是通过光伏效应将太阳能直接转换为电能的一种装置。由于太阳能电池具有安全可靠、无噪声、无污染等优势，因此已经成为重要研究课题之一。

2、钙钛矿太阳能电池的出现，对太阳能电池的发展和应用产生了积极的影响。这种新型太阳能电池不仅具有较高的能量转化效率和成本效益，而且还能够减少对传统能源的依赖、降低碳排放、改善环境质量。

3、但是，钙钛矿太阳能电池普遍存在钙钛矿层与电子传输层或者空穴传输层的界面缺陷(界面缺陷可以理解为在该界面欠配位卤化物离子和欠配位)，导致光电转换效率低等问题。为了解决上述问题。界面修饰被广泛用来钝化钙钛矿吸光层与电子传输层或者空穴传输层之间的界面缺陷，进而提高太阳能电池的光电转化效率。常用的界面修饰材料往往通过抑制电子传输层的二氧化锡表面的缺陷，来抑制二氧化锡/钙钛矿的界面缺陷。

4、但是此类修饰材料，对钙钛矿吸光层的生长影响较小，无法减少钙钛矿薄膜的本征缺陷，以提高钙钛矿薄膜的质量，进而也无法有效提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在通过甲脒二硫醚二盐酸盐与钙钛矿前体形成的中间相来调控钙钛矿吸光层的结晶，减少钙钛矿层本征缺陷，并修饰电子传输层和钙钛矿吸光层之间的界面缺陷，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

2、为实现上述目的，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的结构自下而上依次包括基底层、电子传输层、修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层，其中，所述修饰层为甲脒二硫醚二盐酸盐。

3、可选地，所述基底层包括氧化铟锡薄膜、所述电子传输层包括二氧化锡、所述钙钛矿吸光层包括铯甲脒碘基钙钛矿、所述空穴传输层包括2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、所述金属背电极层包括银膜。

4、本发明还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法用于制备上述任一项的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：

5、对氧化铟锡薄膜依次进行清洗、吹干和紫外臭氧处理，得到基底层；

6、将二氧化锡溶液滴加至所述基底层，并依次进行旋涂和退火处理，得到位于所述基底层上方的电子传输层，并将所述电子传输层和所述基底层冷却至室温；

7、将预设浓度的甲脒二硫醚二盐酸盐水溶液滴加至冷却至室温的电子传输层，并依次进行旋涂和退火处理，得到位于所述电子传输层上方的修饰层，并将所述修饰层、所述电子传输层和所述基底层冷却至室温；

8、将钙钛矿前驱液滴加至冷却至室温的修饰层，依次进行旋涂和退火处理，得到位于所述修饰层上方的钙钛矿吸光层，并将所述钙钛矿吸光层、所述修饰层、所述电子传输层和所述基底层冷却至室温；

9、将2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴氯苯溶液滴加至冷却至室温的钙钛矿吸光层，并进行旋涂处理，得到空穴传输层；

10、在预设条件下，向所述空穴传输层上方传输银膜，得到钙钛矿太阳能电池。

11、可选地，所述预设浓度低于1mg/ml，所述将预设浓度的甲脒二硫醚二盐酸盐水溶液滴加至冷却至室温的电子传输层，并依次进行旋涂和退火处理，得到修饰层的步骤，包括：

12、将第一预设容量、浓度低于1mg/ml的甲脒二硫醚二盐酸盐水溶液滴加至冷却至室温的电子传输层；

13、将滴加所述甲脒二硫醚二盐酸盐水溶液的电子传输层以第一预设速度旋涂第一预设时长，并在第一预设温度下退火第二预设时长，得到非连续的修饰层。

14、可选地，在所述将二氧化锡溶液滴加至所述基底层的步骤之前，还包括：

15、通过预设规格的针头式过滤器，对二氧化锡溶液进行过滤，以将过滤后的二氧化锡溶液滴加至所述基底层。

16、可选地，所述将二氧化锡溶液滴加至所述基底层，并依次进行旋涂和退火处理，得到电子传输层的步骤，包括：

17、将过滤后的二氧化锡溶液滴加至所述基底层，并依次以第二预设速度旋涂第三预设时长、在第二预设温度下退火第四预设时长，得到所述电子传输层。

18、可选地，所述将钙钛矿前驱液滴加至冷却至室温的修饰层，依次进行旋涂和退火处理，得到钙钛矿吸光层的步骤，包括：

19、将铯甲脒碘基钙钛矿前驱液滴加至冷却至室温的修饰层；

20、针对滴加了所述铯甲脒碘基钙钛矿前驱液的修饰层，依次以第三预设速度旋涂第五预设时长、以第四预设速度旋涂第六预设时长，在第三预设温度下退火第七预设时长，得到钙钛矿吸光层。

21、可选地，在旋涂结束前的预设时刻，向所述修饰层滴加第二预设容量的无水乙醚。

22、可选地，所述将2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴氯苯溶液滴加至冷却至室温的钙钛矿吸光层，并进行旋涂处理，得到空穴传输层的步骤包括：

23、将第三预设容量的2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴氯苯溶液滴加至冷却至室温的钙钛矿吸光层，并以第五预设速度旋涂第八预设时长，得到所述空穴传输层。

24、可选地，所述对氧化铟锡薄膜依次进行清洗、吹干和紫外臭氧处理，得到基底层的步骤，包括：

25、依次利用洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇，对边长为预设长度的氧化铟锡薄膜清洗第八预设时长，得到基底层；

26、利用氮枪对清洗后的基底层进行吹干处理，并通过紫外臭氧清洗机，对对吹干后的基底层进行紫外臭氧处理。

27、本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池以及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池的结构自下而上依次包括基底层、电子传输层、修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层，其中，所述修饰层为甲脒二硫醚二盐酸盐。

28、相比于现有技术中仅对电子传输层的修饰，在本发明中，一方面，fdscl2中的fds离子具有较强的氧化性，能够调控电子传输层中的氧空位，提高薄膜电导率，并且，fdscl2中氯离子能够进一步提高薄膜电导率；另一方面，fdscl2与钙钛矿前驱体有较强的相互作用，在低温下，就可以生成中间相，从而调控钙钛矿吸光层的结晶过程，延缓钙钛矿薄膜的生长，从而提高钙钛矿薄膜的晶体质量，进而提高钙钛矿薄膜的平整度，最终提高钙钛矿电池的光电转化效率及电池长期稳定性。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的结构自下而上依次包括基底层、电子传输层、修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层，其中，所述修饰层为甲脒二硫醚二盐酸盐。

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底层包括氧化铟锡薄膜、所述电子传输层包括二氧化锡、所述钙钛矿吸光层包括铯甲脒碘基钙钛矿、所述空穴传输层包括2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、所述金属背电极层包括银膜。

3.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法用于制备权利要求1至2中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，所述制备方法包括以下步骤：

4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述预设浓度低于1mg/ml，所述将预设浓度的甲脒二硫醚二盐酸盐水溶液滴加至冷却至室温的电子传输层，并依次进行旋涂和退火处理，得到修饰层的步骤，包括：

5.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述将二氧化锡溶液滴加至所述基底层的步骤之前，还包括：

6.如权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述将二氧化锡溶液滴加至所述基底层，并依次进行旋涂和退火处理，得到电子传输层的步骤，包括：

7.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述将钙钛矿前驱液滴加至冷却至室温的修饰层，依次进行旋涂和退火处理，得到钙钛矿吸光层的步骤，包括：

8.如权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在旋涂结束前的预设时刻，向所述修饰层滴加第二预设容量的无水乙醚。

9.如权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述将2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴氯苯溶液滴加至冷却至室温的钙钛矿吸光层，并进行旋涂处理，得到空穴传输层的步骤包括：

10.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述对氧化铟锡薄膜依次进行清洗、吹干和紫外臭氧处理，得到基底层的步骤，包括：

技术总结
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池的结构自下而上依次包括基底层、电子传输层、修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属背电极层，其中，所述修饰层为甲脒二硫醚二盐酸盐。本发明通过甲脒二硫醚二盐酸盐制备中间相调控钙钛矿结晶，并修饰电子传输层和钙钛矿吸光层之间的界面缺陷，进而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

技术研发人员：李贵君,王明
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14