[发明专利]金属纳米晶-锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种金属纳米晶‑锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，钙钛矿层为金属纳米晶‑锚固分子镶嵌于钙钛矿晶界后形成的复合层；金属纳米晶‑锚固分子由锚固分子和金属材料的混合液经激光束辐照后得到；锚固分子和金属材料的混合液由锚固分子和金属材料分散到反溶剂中得到，且锚固分子为含长碳氟链的硫醇，金属材料为金、铂或高熵合金。本发明还提供了上述电池的制备方法。本发明在钙钛矿层引入金属纳米晶‑锚固分子，钝化了钙钛矿晶界缺陷，提升了光生载流子的提取和传输，与初始钙钛矿太阳能电池相比，光电转化效率高，稳定性好。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种金属纳米晶-锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池所面临的载流子界面/晶界复合和稳定性差等问题，阻碍了其实用化进程。因此如何进一步提高钙钛矿电池效率和稳定性成为急需解决的关键问题。在钙钛矿表面和晶界引入功能性和疏水性的锚固分子，不仅能钝化缺陷，提升电池的光电转化效率，还能有效地提高钙钛矿表面的憎水性，进而延长电池的寿命。然而，大部分用于界面修饰的锚固分子导电性差，不利于钙钛矿光生载流子迁移。选用具有高导电性的金属纳米晶修饰钙钛矿表面及晶界，有助于钙钛矿光生载流子的抽取和传输，提升电池的光电转化效率。

目前大部分金属纳米晶都是通过湿化学法合成，这种工艺存在一些缺陷：如周期长、工艺繁琐、成本高、尺寸不均一等，且需要溶剂/配体交换、反复提纯等复杂过程才可引入钙钛矿薄膜中。通过液相脉冲激光辐照技术能够制备出不同种类的金属纳米晶，且制备出的纳米晶尺寸均一，分散性好，可以原位引入钙钛矿薄膜中，提升载流子的迁移率，但是难以兼具稳定性的提升，如湿稳、热稳等。因此，构筑金属纳米晶-锚固分子共钝化的钙钛矿薄膜，同步实现表界面缺陷的钝化、载流子的快速传输以及水氧的有效隔绝，以获得高效稳定的钙钛矿太阳能电池是一种有效的手段。

发明内容

本发明针对背景技术所提到的问题，提供一种金属纳米晶-锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种金属纳米晶-锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，所述钙钛矿层为金属纳米晶-锚固分子镶嵌于钙钛矿晶界后形成的复合层；

所述金属纳米晶-锚固分子由锚固分子和金属材料的混合液经激光束辐照后得到；所述锚固分子和金属材料的混合液由锚固分子和金属材料分散到反溶剂中得到，且所述锚固分子为含长碳氟链的硫醇所述金属材料为金、铂或高熵合金。

优选的，所述含长碳氟链的硫醇为全氟烷基硫醇、1H,1H,2H,2H-全氟癸硫醇或1H,1H,2H,2H-全氟辛硫醇。

优选的，所述反溶剂为乙酸乙酯或氯仿。

本发明的第二个目的是提供上述金属纳米晶-锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、在无水无氧环境下，往反溶剂中加入锚固分子，混合均匀后加入金属材料，得到混合液；

其中，所述反溶剂与所述锚固分子的体积比为600：1；

S2、采用脉冲激光辐照S1混合液中的金属材料，辐照完毕后移除金属材料，得到溶液；

S3、对S2中溶液进行二次脉冲激光辐照，辐照完毕得到浓度为0.1～0.2mg/mL的金属纳米晶-锚固分子胶体溶液；

S4、在覆盖有电子传输层的导电基底上旋涂钙钛矿前驱体溶液，形成中间相薄膜，旋涂过程中将S3中制备的金属纳米晶-锚固分子胶体溶液引入到中间相薄膜中，热处理后形成金属纳米晶-锚固分子镶嵌于钙钛矿晶界的复合层，即为所述钙钛矿层；