[发明专利]基于二硫化钼/碳量子点界面层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

一种基于二硫化钼/碳量子点界面层以及金纳米粒子包覆碳点修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。依次由ITO导电玻璃衬底、PTAA空穴传输层、CNDs@Au修饰层、钙钛矿活性层、PCBM钝化层、MoS@CNDs界面层、BCP电子传输层、Ag阳极组成。本发明通过简单水热方法合成低成本环保型碳量子点材料，利用二维二硫化钼作为载体，制备二硫化钼运载碳量子(MoS@CNDs)的二维新型材料，碳量子点表面羟基与羧基能够有效结合Ag⁺，二维二硫化钼也能够有效阻挡Ag⁺与I^‑之间的相互扩散，阻止反应的进一步进行。同时，以CNDs@Au材料作为修饰层，进而进一步提高器件稳定性与光电转换特性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于二硫化钼/碳量子点界面层以及金纳米粒子包覆碳点修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿太阳能电池具有光电能量转换效率高、制备工艺简单等优点，近年来受到全世界研究人员的广泛关注。但是，钙钛矿材料的较差稳定性导致钙钛矿太阳能电池无法长期稳定高效地工作，这也是该种下一代光伏技术走向大规模实用的瓶颈。究其原因，钙钛矿的不稳定与众多因素有关，包括湿气及离子转移、热或光照下的内部不稳定性、热老化及光致化学反应等等。其中一个重要的原因是银电极的退化，即电极中的Ag转换为Ag⁺与I^-反应生成AgI，这也加快了电极与钙钛矿层的老化。解决这一问题具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二硫化钼/碳量子点界面层以及金纳米粒子包覆碳点修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。其特征在于：钙钛矿太阳能电池从下至上，依次由ITO导电玻璃衬底、PTAA空穴传输层、金纳米粒子包袱的碳点(CNDs@Au)修饰层、钙钛矿活性层、PCBM钝化层、二硫化钼运载碳量子点(MoS@CNDs)界面层、BCP电子传输层、银(Ag)阳极组成，即结构为ITO/PTAA/CNDs@Au/钙钛矿/PCBM/MoS@CNDs/BCP/Ag。

本发明通过简单水热方法合成低成本环保型碳量子点材料，利用二维二硫化钼作为载体，制备出MoS@CNDs)维新型材料。我们利用旋涂方法在PCBM钝化层表面制备一层MoS@CNDs作为界面层，碳量子点表面羟基与羧基能够有效结合Ag⁺，二维二硫化钼也能够有效阻挡Ag⁺与I^-之间的相互扩散，阻止反应的进一步进行。同时，我们采用水热方法合成CNDs@Au材料作为修饰层，该修饰层能够提高钙钛矿前驱液在PTAA空穴传输层表面浸润能力，调整钙钛矿结晶，增大晶粒尺寸，同时有效钝化界面，克服离子运输，进而进一步提高器件稳定性与光电转换特性。其中，钙钛矿活性层的厚度为250～350nm，碳量子点的尺寸为6～8nm，CNDs@Au的尺寸为8～10nm；PTAA空穴传输层厚度为15～25nm、CNDs@Au修饰层厚度为10～20nm、PCBM钝化层厚度为15～25nm、MoS@CNDs界面层厚度为15～25nm、BCP电子传输层厚度为5～10nm、Ag阳极厚度为80～150nm。

本发明所述的一种兼具二硫化钼/碳量子点界面层以及金纳米粒子包袱的碳点修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。包括：1、CNDs的合成；2、CNDs@Au的合成；3、PTAA空穴传输层的制备；4、CNDs@Au修饰层的制备；5、钙钛矿活性层的制备；6、PCBM钝化层的制备；7、MoS@CNDs界面层的制备；8、BCP电子传输层的制备；9、Ag电极的制备。

具体步骤为：

1)CNDs的合成