[发明专利]基于CsPbX3纳米晶的协同作用制备钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

本发明涉及一种基于CsPbX₃纳米晶的协同作用制备钙钛矿太阳能电池的方法，属于太阳能电池技术领域。所示钙钛矿太阳能电池依次由导电基底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层以及对电极组成，主要是采用打发溶剂法将含有CsPbX₃纳米晶的反溶剂胶体溶液涂覆在钙钛矿光吸收层上，将CsPbX₃纳米晶掺入到钙钛矿吸收层中。CsPbX₃纳米晶的引入从原子层面上对钙钛矿异质结进行界面修饰，改善了钙钛矿薄膜的结晶质量，降低缺陷密度；而且CsPbX₃纳米晶在钙钛矿薄膜上形成梯度异质结，改进了钙钛矿光吸收层和空穴传输层之间界面的载流子传输行为，进而提高了电池的光电转换效率以及电池的长期稳定性。

技术领域

本发明具体涉及一种通过CsPbX₃纳米晶的协同作用来制备高性能钙钛矿太阳能电池的方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

有机-无机杂化钙钛矿材料近来备受关注，其独特的性能和成分多样性为学术界和工业界提供了无限的开发空间。迄今为止，混合钙钛矿材料已经在光电子学，特别是光伏领域中找到了各种应用。近几年，有机-无机杂化钙钛矿材料作为一种新型的吸光材料，在太阳能电池领域取得重大进展，其光电转化效率记录不断被刷新，成为最有可能取代硅基太阳能电池的一种太阳能电池。为了提高功率转换效率和钙钛矿太阳能电池的稳定性，大多数策略都是改善界面、缺陷和钙钛矿组分。在界面工程领域，主要工作包括：1)改善载流子传输；2)调节电子带边或光场。但是目前，用于界面工程的材料大多是分子或简单盐的形式，与钙钛矿吸收剂本质上完全不同。因此，开发兼容性更好的异质结来提高钙钛矿太阳能电池性能就显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于CsPbX₃纳米晶的协同作用制备钙钛矿太阳能电池的方法，利用与钙钛矿薄膜具有相同结构的CsPbX₃纳米晶的协同作用改善钙钛矿结晶质量，同时提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率以及稳定性。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于CsPbX₃纳米晶的协同作用制备钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法具体步骤如下：

(1)将氧化锡胶体水溶液旋涂到导电基底上，退火处理，在导电基底上形成电子传输层；

(2)将钙钛矿前体溶液旋涂到电子传输层上，旋涂时间剩余5s～20s时，打反溶剂胶体溶液100μL～500μL并继续旋涂，旋涂结束后进行退火处理，在电子传输层上形成钙钛矿光吸收层；

其中，旋涂转速为2000rpm～4000rpm，旋涂时间为30s～40s，钙钛矿前体溶液是由碘化甲脒、碘化铅、溴化甲胺、溴化铅、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜配制而成的，反溶剂胶体溶液是由粒径2nm～20nm的CsPbX₃(X＝Cl，Br，I或其混合物)纳米晶与非极性溶剂配制而成的浓度为0.1mg/mL～3mg/mL的胶体溶液；

(3)将Spiro-OMeTAD溶液旋涂到钙钛矿光吸收层上，在钙钛矿光吸收层上形成空穴传输层；

(4)在真空条件下，在空穴传输层上蒸镀金属材料作为对电极，得到钙钛矿太阳能电池。

进一步地，步骤(1)所述导电基底为ITO玻璃或FTO玻璃；其中，依次使用洗洁精水溶液、超纯水、丙酮、异丙醇分别对导电基底超声处理10min～30min，随后用N₂吹干，再用UV-O₃处理10min～30min，然后再在导电基底上制备电子传输层。

进一步地，步骤(1)所述氧化锡胶体水溶液的浓度为2wt％～5wt％，旋涂转速为2000rpm～4000rpm，旋涂时间为20s～40s。