[发明专利]一种基于全无机金属卤化物钙钛矿材料的太阳电池的界面修饰方法

说明书

本发明属于太阳能电池领域，公开了一种基于全无机金属卤化物钙钛矿材料的太阳电池的界面修饰方法。利用强紫外光或潮湿大气使CsPbI₂Br或CsPbI₃在表面和晶界处发生部分分解并生成卤化铅；再将CsBr或CsCl的超干甲醇溶液滴涂到钙钛矿层上并静置，在钙钛矿表面和晶界处生成CsPbBr₃或CsPbCl₃修饰层；用甲醇溶剂冲洗，除去未反应的CsBr或CsCl；最后进行退火。该方法可在钙钛矿晶界和钙钛矿/空穴传输层界面形成钝化层，抑制界面复合，加速空穴的抽取，从而提高器件的效率。此外修饰层材料自身的稳定性优于CsPbI₂Br或CsPbI₃，提升了器件稳定性，对钙钛矿太阳电池的产业化具有重要的意义。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种基于全无机金属卤化物钙钛矿材料的太阳电池的界面修饰方法。

背景技术

近年来，由于钙钛矿优异的光学性能，高转换效率，低加工成本，钙钛矿材料引起了学术界和工业界的广泛关注。特别是有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池发展迅速，转换效率已从最初的3.8％提高到超过25％。然而，由于杂化钙钛矿中的有机阳离子对热和紫外光的稳定性较差，阻碍了该类材料的商业化应用。

与有机-无机杂化钙钛矿相比，全无机金属卤化物钙钛矿材料有着相近的光电转换性能，而且热和紫外光稳定性更为优异，被认为有望取代有机-无机杂化钙钛矿材料。目前，光电转换效率领先的全无机金属卤化物钙钛矿材料主要是CsPbI₃和CsPbI₂Br，然而这两种材料在大气环境下极易受潮分解，严重制约了基于全无机钙钛矿材料的太阳电池的发展。将一些有机小分子锚定在这些钙钛矿材料的表面是改善耐湿性的常见方法。然而，由于这些有机小分子较差的载流子迁移率，往往会对电池的光电性能产生不利影响。此外，有机小分子的紫外光稳定性较差，在实际使用过程中其对钙钛矿材料的保护作用会逐渐衰退。因此，研究相关的界面修饰方法来提高基于全无机钙钛矿材料太阳电池的稳定性和光电转换效率对实现钙钛矿太阳电池的产业化具有重要的作用。

发明内容

本发明的目的：在大气环境下，基于全无机钙钛矿材料(CsPbI₃或CsPbI₂Br)的太阳电池对湿度稳定性差的缺陷，开发一种在钙钛矿薄膜晶界及其与空穴传输层(HTL)界面进行修饰的方法，在上述位置生成超薄CsPbBr₃或CsPbCl₃钝化层，进而提高器件在潮湿环境下的稳定性和光电转换效率。

本发明的技术方案：为提高基于全无机钙钛矿薄膜太阳电池的耐潮湿稳定性及光电转换效率，提出一种界面修饰方法。该方法首先利用强紫外光或潮湿大气使钙钛矿薄膜在晶界和表面处发生部分分解并形成卤化铅，接着利用CsBr或CsCl溶液与分解生成的卤化铅反应，最后形成CsPbBr₃或CsPbCl₃钝化层(如图1所示)。其制备方法包括如下步骤：

(1)清洗FTO导电玻璃：将FTO导电玻璃放入清洗剂中浸泡10min，用无尘布擦拭表面的污渍，再依次放入去离子水、丙酮、无水乙醇中分别超声清洗20min，放入烘箱烘干(75℃)。

(2)水浴法制备TiO₂电子传输层：将4.5mL TiCl₄缓慢滴加到200mL去离子水冻成的冰面上，等冰融化后将步骤(1)清洗好的FTO导电玻璃浸入TiCl₄水溶液中，在70℃下反应80min，然后用去离子水冲洗三遍，放入100℃烘箱中干燥1h，得到FTO/TiO₂；

(3)配制全无机钙钛矿前驱体溶液：