[发明专利]一种在空气环境中性能稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池及其制备领域，特别涉及一种在空气环境中性能稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电效应在最近几年的发展迅速，其光电转换效率已经超过20％，敏化层薄至1微米以下，贵金属用量少，引起了广泛的关注。然而，这种电池由于对环境中的水分光辐照比较敏感，容易发生分解；目前很多研究小组对该类钙钛矿的稳定性做了一些研究，如采用原子层沉积等方式后修饰一层氧化铝薄层，虽然该方法能够较好的改善钙钛矿的疏水性，但是这种方法依赖于昂贵的设备。另一些小组利用硅烷的疏水性能在钙钛矿表面嫁接了一层硅烷的支链，改变了钙钛矿表面的亲水性，但是效果也并不突出。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种在空气环境中性能稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池在空气中稳定性好；该制备方法采用超疏水的氟硅烷覆盖在钙钛矿表面，在钙钛矿敏化层表面及侧面形成一层疏水界面层，从而从各个方向最大限度地保护钙钛矿层，得到性能稳定的钙钛矿太阳能电池。

本发明的一种在空气环境中性能稳定的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：导电基底、电子阻挡层、电子传输层、钙钛矿敏化层、疏水界面层、空穴传输层和金属层。

所述导电基底为FTO导电玻璃或者ITO-PET；电子阻挡层为TiO₂致密层，厚度为60-100nm；电子传输层为TiO₂介孔层，厚度为300-500n。

所述钙钛矿敏化层为CH₃NH₃PbX₃，层厚为300-500nm；疏水界面层为氟硅烷，层厚为10nm-20nm；空穴传输层为Spiro-OMeTAD，层厚为60-120nm；金属层为Au电极，层厚为60-120nm；其中，X为I和Br中的至少一种。

所述氟硅烷为十三氟辛基三甲氧基硅烷，十三氟辛基三乙氧基硅烷或十七氟癸基三甲氧基硅烷中的至少一种。

本发明的一种在空气中性能稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：导电基底上沉积电子阻挡层及电子传输层、沉积钙钛矿敏化层、沉积疏水界面层、沉积空穴传输层和沉积金属层。

所述导电玻璃上沉积电子阻挡层及电子传输层、沉积钙钛矿敏化层、沉积空穴传输层采用的是旋涂法,沉积金属层采用的是热蒸发镀膜法。

所述沉积疏水界面层包括：

(1)配制0.5-2wt％的氟硅烷/异丙醇溶液，在60-80℃下预水解30-90分钟，得到烷氧基转变为硅羟基的氟硅烷异丙醇溶液；

(2)在手套箱中，将步骤(1)中的氟硅烷异丙醇溶涂或者浸涂在钙钛矿敏化层上。

所述步骤(2)中旋涂速率为5000-7000rpm，时间为30-60s。

本发明所采用的技术方案如下：

一、电子阻挡层及电子传输层的制备

在掺氟的氧化锡玻璃(FTO)上，旋涂一层60-100nm的TiO₂阻挡层，然后再在TiO₂阻挡层上旋涂一层TiO₂介孔层，最后在450-500℃下烧结30-60min。其厚度为300-500nm；

二、溶液法制备有机无机杂化钙钛矿层

在手套箱中，将配置好的钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，然后在加热板上退火处理。

三、溶液法制备疏水界面层

(1)疏水界面层的预水解

取氟硅烷溶解在异丙醇中，配制0.5-2wt％的氟硅烷异丙醇溶液，在60-80℃下预水解30-90分钟，得到烷氧基转变为硅羟基的氟硅烷异丙醇溶液。

(2)疏水界面层的制备

在手套箱中，将配置好的氟硅烷异丙醇溶液旋涂或者浸涂在钙钛矿敏化层上，旋涂速率为5000-7000rpm，30-60s。在手套箱中，将事先配置好的氟硅烷异丙醇溶液旋涂或者浸涂在敏化层上。

四、空穴传输层的制备

在手套箱中，将配置好的Spiro-OMeTAD溶液旋涂到疏水界面层上，然后在大气环境中过夜放置；

五、金属层的制备

将制备好的基底放入掩模中，然后放入真空蒸发镀膜仪器中，真空度小于3×10^-3，蒸镀一层Ag、Au等金属电极。