[发明专利]一种基于表面活性剂钝化的钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于表面活性剂钝化的钙钛矿太阳能电池及制备方法，通过在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层薄膜与空穴传输层之间引入表面活性剂钝化层，起到了钝化钙钛矿层薄膜的作用。所述表面活性剂钝化层可改善氧化镍薄膜表面的水接触角，并在后续制备钙钛矿薄膜的过程中，降低钙钛矿晶核数目，使得钙钛矿层的结晶性更好，晶粒尺寸较大。同时本发明公开的钙钛矿太阳能电池，具有更高的光吸收系数，并因为降低了钙钛矿的界面缺陷，故具有更低的缺陷态密度，及更大的开路电压、短路电流密度和填充因子，因此具有更高的光电转换效率，提升了整体性能。并且，本发明公开的钙钛矿太阳能电池中钝化层的制备方法，不需要任何有机溶剂的参与，更加简便和安全。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池及制备方法，尤其涉及一种基于表面活性剂钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是21世纪备受瞩目的新能源之一，在过去的几十年里，太阳能电池领域被认为是替代传统的化石燃料最有前途的选择之一。在众多光伏器件中，钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells,PSCs)的光电转换效率(Power Conversion Efficiency,PCE)在近几年里获得了最快速度的发展。

钙钛矿(CH₃NH₃PbI₃)太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体材料作为吸光层的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。因为其采用的有机-无机杂化钙钛矿材料，具有吸光系数高、载流子迁移率和扩散长度大、带隙可调节等一系列优点，故在太阳能电池领域受到了广泛的关注。

目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经突破25％，已与成熟的薄膜太阳能电池如铜铟硒化镓(CIGS)和碲化镉(CdTe)太阳能电池性能相当。更重要的是，钙钛矿太阳能电池还可以进行低温处理，这就使得它在需要解决可拉伸问题的下一代低成本光伏工艺中，具有很大的竞争优势。并且，可低温加工性也使得钙钛矿太阳能电池与柔性可穿戴电子设备兼容。

虽然钙钛矿太阳能电池已取得了较高的光电转换效率，但是其短路电流密度和开路电压仍远小于理论极限(分别为26mA/cm²和1.3V)。大量文献显示，钙钛矿太阳能电池的光伏参数，与光生载流子在钙钛矿内部或表面缺陷处的复合极为相关。因此，科学家们提出了各种方法来提升钙钛矿层的吸光能力和薄膜质量，包括提高结晶度、降低针孔缺陷率、改善钙钛矿层与其他功能层之间的界面接触性能等方法。鉴于薄膜制备技术的发展，当前通过各种方法所制备的优质钙钛矿薄膜，基本上已经是由一层钙钛矿晶粒紧密排列而成，故光生载流子的扩散长度远大于钙钛矿薄膜的厚度，这就使得钙钛矿内部的光生载流子复合基本可以忽略不计。因此，抑制钙钛矿薄膜界面缺陷的产生、以及减少光生载流子在界面缺陷处的复合，则是进一步提升钙钛矿太阳能电池性能的关键。

界面钝化往往是抑制电荷在钙钛矿表层快速复合的重要方法之一，它可以提升器件的开路电压和长期稳定性。界面钝化可用的材料有很多，比如在钙钛矿薄膜表面引入适量的氯原子，或者在其晶界处引入过量的碘化铅，都可以改善钙钛矿层的能级并同时抑制非辐射损耗。近两年，聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚四氟乙烯(PTFE)等聚合物也被用来制备钝化薄膜，以改善钙钛矿层的表面缺陷态。然而，这些材料均需要溶解在氯苯、二甲基甲酰胺(DMF)等有毒的有机溶剂中才能进行后续的操作，这无疑增加了实验的成本和难度。

因此，采用一种简单、安全、可控的新方法制备性能良好的表面活性剂钝化层，对于制造更高效率的钙钛矿太阳能电池，就很有必要。

发明内容

鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种更加简单、安全、可控的基于表面活性剂钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以制造整体性能更优的钙钛矿太阳能电池。