[发明专利]一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法

说明书

本发明属于光伏器件制备领域，具体为一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法。在NiO表面采用热蒸发法蒸镀薄层LiF，并在快速退火炉中热处理，使Li离子扩散到NiO层中；以电子束蒸发法蒸镀薄膜MgF₂，在快速退火炉中热处理，使得Mg离子扩散到薄膜中，实现对NiO薄膜的掺杂；上述薄膜旋涂卤化铅钙钛矿传输层后，即可实现对反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的钝化；在钙钛矿薄膜上旋涂PCBM电子传输层、BCP钝化层，并蒸镀银电极后，制备下界面钝化的反型结构钙钛矿太阳能电池。由于Li离子和Mg离子掺杂对NiO功函数及电导率的调控，载流子在NiO/钙钛矿界面传输效率得以提高，电池的能量转换效率得以改善。

技术领域

本发明属于光伏器件制备领域，具体为一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法。

背景技术

作为新一代光伏技术代表，钙钛矿太阳能电池的部分性能指标已经接近或超过非晶硅、碲化镉、铜铟镓硒等传统薄膜光伏电池，其广泛的民用前景和巨大的市场价值受到各国研究者和工业界的关注。钙钛矿太阳能电池以卤化铅钙钛矿光吸收材料为核心，并辅以透明导电层、电子传输层、空穴传输层和金属对电极。在电池工作过程中，卤化铅钙钛矿材料吸收太阳光，在与电子/空穴传输材料的界面处分别将光生电子/空穴注入到电子/空穴传输层中，完成光生电子空穴分离。经过近几年的快速发展，钙钛矿太阳能电池领域的研究重心已逐渐从薄膜制备与性能调控转移到器件界面修饰。近期研究表明，光生载流子在卤化铅钙钛矿材料与电子/空穴传输材料界面处的传输损失以及由界面缺陷引起的钙钛矿材料变质失活是这类电池光电转换效率低于理论值和电池稳定性差的主要原因。因此，开发钙钛矿太阳能电池界面钝化的新方法，优化钙钛矿材料与电子传输材料的界面性能对钙钛矿太阳能电池性能的提高具有重要意义。

发明内容

针对现有反型结构钙钛矿太阳能电池中NiO空穴传输材料导电性低、NiO空穴传输材料与钙钛矿材料界面处的能级失配等问题，本发明的目的在于提供一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法。采用这种方法制备的NiO空穴传输层/钙钛矿薄膜，由于Li离子和Mg离子掺杂对NiO功函数及电导率的调控作用，有效改善了NiO/钙钛矿的界面能级失配，载流子在NiO/钙钛矿界面传输效率得以提高，电池的能量转换效率得以改善。

本发明的技术方案是：

一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法，包括如下步骤：

(1)LiF超薄膜的制备及热处理：采用热蒸发法在涂有NiO薄膜的FTO导电薄膜基片上沉积0.5～5nm厚的LiF薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10^-3～1×10^-4Pa之间，之后在快速退火炉中高低温条件下连续退火1～5分钟，低温区温度范围为100～200℃，高温区温度范围为500～600℃，快速退火炉的升温速率为50～200℃/秒，降温速率为50～200℃/分钟，退火气氛为氮气；

(2)MgF₂超薄膜的制备及热处理：采用电子束蒸发在步骤(1)得到的薄膜上沉积0.5～5nm厚的MgF₂薄膜，蒸镀时设备真空度在1×10^-2～1×10^-4Pa之间，之后在快速退火炉中高低温条件下连续退火1～10分钟，低温区温度范围为200～300℃，高温区温度范围为400～600℃，快速退火炉的升温速率为100～200℃/秒，降温速率为50～200℃/分钟，退火气氛为氮气；

(3)反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的钝化：将钙钛矿溶液滴加于步骤(2)得到薄膜基片上，静置5～30秒，启动旋涂机，以3000～6000rpm的转数旋涂20～60秒，待旋涂机达到指定转数5～30秒后，取反极性溶剂一次性冲洗旋转基片表面，随后将基片置于热板炉上，在80～150℃条件下烘烤2～60分钟后，取下基片，冷却至室温，即在制备钙钛矿薄膜的同时，完成对NiO空穴传输层/钙钛矿下界面的钝化。