[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明提供的电池基于PEAI的2D钙钛矿薄层进行了Br掺杂的修饰，并增加了SnO₂电子提取层的溶剂处理等步骤，极大提升了电池的光电性能。通过本发明制备方法制备得到的电池，开路电压、短路电流、填充因子分别为1.20V、23.12mA cm^‑2、0.78，电池最终的光电转换效率突破性的达到了21.64％，效果异常优异。

技术领域

本发明属于太阳能电池开发技术领域，具体涉及一种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(Perovskite solar calls，简称PSCs)是一种高效低成本的新型有机无机复合薄膜太阳能电池。它主要由透明导电基板(FTO或ITO)、电子提取层、有机无机复合钙钛矿(ABX3,A＝CH3NH3,NH2CH＝NH2,B＝Pb,Sn,X＝I,Br,Cl)、空穴传输层和金属背电极组成。2018年为止，3D钙钛矿电池的光电转换效率已经超过22％，但是它的稳定性是制约其商业化的最大问题。根据文献报道，在潮湿的条件下，钙钛矿很容易发生不可逆的分解，生成PbI₂，这是造成其稳定性不好的根本原因。针对以上问题，有以下几种解决方案：(1)开发新型钙钛矿材料，用于代替目前的3D钙钛矿材料。比如，近几年来出现的2D钙钛矿已经被证明是一种具有比3D钙钛矿更稳定的材料。这主要是由于2D钙钛矿结构中长的烷基链离子具有比甲胺离子(MA⁺)更好的疏水性，所以能有效改善目前3D钙钛矿面临的稳定性问题。但是，从另一方面来说，由于其独特的层状结构，2D钙钛矿电池的电子传输阻力较大，导致其光电转换效率较低。(2)在钙钛矿与电子传输层或空穴传输层之间引入一层界面修饰层，用于阻挡水汽与钙钛矿薄膜的接触，从而提升其稳定性。但是，额外的这层势必会增加电荷传输内阻，阻碍电池内部电荷的传输，从而降低电池的光电转化效率。因此，如何平衡电池效率和稳定性是非常重要的。

3D/2D堆积结构是通过在3D钙钛矿表面包覆一层薄的2D钙钛矿而设计的，被认为是平衡光电转化效率(PCE)和稳定性的一个有效的措施。在这种结构中，底部3D钙钛矿层能确保有效的光吸收和电荷产生，而上层薄的2D钙钛矿层作为水分阻挡层，能有效增加表面疏水性，从而改善电池在潮湿环境中的稳定性。此外，根据文献报道，在3D/2D堆积结构中，顶层的2D钙钛矿层不仅可以改善电池的稳定性，而且还可能提高电池的光电性能。苯乙基碘化铵盐(PEAI)常被用于2D钙钛矿的制备。杨世和等人(Adv.Energy Mater.2017,7,1701038)证明基于PEAI的2D钙钛矿薄层能有效减小电池内部界面的电荷复合，极大地提高了电池的光电压(1.17V)。虽然2D钙钛矿薄层能有效减小3D钙钛矿表面缺陷，但是该薄层本身也可能引入新的缺陷，这些缺陷也势必会影响电池的光电转化效率。因此，如何去进一步钝化2D钙钛矿薄层的缺陷，对于进一步提升3D/2D堆积结构的电池性能是非常有意义的。

发明内容

本发明的发明人在其之前发表的文章(Bromine Doping as an EfficientStrategy to Reduce the Interfacial Defects in Hybrid Two-Dimensional/Three-Dimensional Stacking Perovskite Solar Cells,ACS Appl.Mater.Interfaces,2018,10,31755–31764)中，基于PEAI的2D钙钛矿薄层进行了Br掺杂的修饰，从而减少了表面缺陷和界面电荷复合中心，进而提升了电池的光电性能。本发明在该文章所公开的技术方案的基础上，又进行了重要改进，使得电池性能获得了突破性的提升，电池最终的光电转换效率达到了21.64％。

本发明的一个目的是提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括下述1-3)所述中的至少一种：

1)在制备SnO₂电子提取层时，将涂有前驱体溶液的导电基底用乙醇水溶液浸泡后加热；

具体的，所述乙醇水溶液中水的质量百分数为18％；