[发明专利]一种磷酸根分子修饰的钙钛矿光伏器件及其制备方法和用途

说明书

一种磷酸根分子修饰的钙钛矿光伏器件及其制备方法和用途。本发明借助磷酸有机分子，在钙钛矿光伏器件界面层中引入一个含磷酸根分子的界面修饰层，对钙钛矿光伏器件中钙钛矿光活性层进行修饰，以钝化钙钛矿活性层的表面缺陷以及提高器件界面处的电子和空穴的传输效率，实现高光电转化效率、高稳定性的钙钛矿光伏器件。本发明钝化钙钛矿光伏器件中的界面缺陷。本发明制得的含磷酸根分子修饰钙钛矿光伏器件环境友好，能耗低。

技术领域

本发明属于光伏器件材料领域，涉及一种磷酸根分子修饰的钙钛矿光伏器件及其制备方法和用途。

背景技术

现代社会对能源的需求日益增加，而传统的化石能源储量有限，终有被消耗竭尽的一天，此外其化学燃烧释放能量的过程给环境造成了极大的污染，影响地球的生态环境以及人类的身心健康，为了人类的长远发展，寻求新的洁净能源变得越来越迫切。太阳作为地球的供能源泉，对于我们的生命长度来说，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭。因而对太阳能的吸收利用的研究对于我们人类的生活以及长远发展有着极其重要的意义。

无机硅太阳能电池是目前市场上商用最广泛的太阳能电池，早在上世纪50年代，基于晶体硅的光压器件应用于太阳能电池就已经有报道。然而其生产成本高、工艺复杂，这些问题限制了它更广泛的用途。在此之后，基于薄膜多晶和无定型半导体、半导体纳米粒子、有机和金属染料配合物、有机半导体等太阳光吸收材料的光伏器件相继被提出和发展。然而，这些光伏材料的效率仍很难与硅基太阳能电池(25.6％)相抗衡。

在过去几年里，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池迅速兴起。这些材料由有机卤化物(如：CH₃NH₃I)和金属卤化物(如：PbI₂)复合而成，有类似于钙钛矿的ABX₃结构，其中A为有机阳离子，B为金属阳离子，X指卤素离子。自从2012年被报道以来，这些基于钙钛矿结构的有机无机杂化太阳能电池的效率在短短四年内由3％飞速提升至20％，在短时间内超过有机太阳能电池和染料敏化太阳能电池的效率，并有望达到单晶硅太阳能的水平(Lee,M.M.et al.Science,2012,338:643–647.)。由于钙钛矿太阳能电池惊人的效率提升以及飞快的发展速度，越来越多的科研工作者投身于钙钛矿太阳能电池的研发，越来越多的器件结构以及制作工艺相继被提出。

然而，要将钙钛矿太阳能电池大规模投入应用，仍有许多问题亟待解决。其中，钙钛矿光伏器件中钙钛矿活性层的表面缺陷以及钙钛矿器件中电子和空穴的传输依然是制约其光电转化效率以及器件稳定性的关键因素。

发明内容

为了改善现有技术的不足，本发明的目的是提供一种磷酸根分子修饰的钙钛矿光伏器件及其制备方法和用途。本发明借助磷酸有机分子，在钙钛矿光伏器件界面层中引入一个磷酸根分子的界面修饰层，对钙钛矿光伏器件中钙钛矿光活性层进行修饰，以钝化钙钛矿活性层的表面缺陷以及提高器件界面处的电子和空穴的传输效率，实现高光电转化效率、高稳定性的钙钛矿光伏器件。本发明钝化钙钛矿光伏器件中的界面缺陷，制得的磷酸根分子修饰钙钛矿光伏器件环境友好，能耗低。

本发明目的是通过如下技术方案实现的：

一种磷酸根分子修饰的钙钛矿光伏器件，所述磷酸根分子修饰的钙钛矿光伏器件包括依次相连的基底电极、窗口界面层、磷酸根分子界面修饰层、钙钛矿活性层、背电极界面层和背电极；所述磷酸根分子界面修饰层是由含磷酸根分子界面材料的前驱体制备得到的。

根据本发明，所述基底电极选自氧化铟锡(ITO)导电玻璃、ITO有机分子聚合物、碳薄膜材料(例如石墨、碳浆、石墨烯或石墨炔)和金属薄膜材料(所述金属例如为Au、Ag、Al或Cu)等中的至少一种，优选为氧化铟锡导电玻璃。

根据本发明，所述基底电极的厚度为50-1000nm。