[发明专利]一种多巴胺掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该掺杂钙钛矿太阳能电池器件包括阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和阳极电极；钙钛矿吸光层由多巴胺掺杂MAPbI₃组成。该方法包括：对阴极基底表面处理，依次旋涂电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层，蒸镀阳极电极，得到所述多巴胺掺杂钙钛矿太阳能电池。其中，多巴胺苯环上的酚羟基容易被氧化成羰基，羰基中氧原子上的孤对电子可与MAPbI₃中的Pb原子的空轨道进行配对发生键合作用。多巴胺的加入有效改善了MAPbI₃的结晶性，降低了MAPbI₃晶界和内部缺陷，延长了载流子寿命同时降低了载流子复合现象，最终提高了掺杂钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种多巴胺掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池具有激子寿命长、吸光范围广、制备成本低廉、高光电转换效率的特点。目前其认证效率达到25.2％，可与硅太阳能电池相媲美。但是，由于钙钛矿中存在有机阳离子组分，在高湿度、高温环境下容易发生分解，导致其稳定性较差。此外，多晶的钙钛矿吸光层存在较多晶界和缺陷，晶界和缺陷不仅会成为载流子的复合中心，也是钙钛矿离子分解后发生迁移的通道，导致钙钛矿太阳能电池迟滞现象比较严重，影响器件的性能和稳定性。

钙钛矿太阳能电池工作原理为：太阳光透过ITO透明电极和电子传输层入射到钙钛矿吸光层后被吸收，产生激子。随后激子在钙钛矿吸光层中发生分离，变为电子和空穴分别注入到电子传输层和空穴传输层，最终分别被阴极和阳极所收集，并产生光电流和光电压。

研究表明钙钛矿吸光层的结晶性是影响钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要因素。溶液旋涂法制备的多晶钙钛矿吸光层通常存在较多晶界以及缺陷，这会引起钙钛矿太阳能电池性能的降低，加快寿命的衰减(Hou,X.；Huang,S.；Ou-Yang,W.；Pan,L.；Sun,Z.；Chen,X.Constructing Efficient and Stable Perovskite Solar Cells ViaInterconnecting Perovskite Grains.ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9(40),35200-35208.)。通过往钙钛矿前驱液中添加合适的添加剂可有效改善钙钛矿的结晶性，降低钙钛矿薄膜中的晶界以及缺陷，对于提高钙钛矿太阳能电池的性能以及稳定性具有重要意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种多巴胺掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明通过在钙钛矿吸光层中添加多巴胺添加剂来制备一种具有高光电转换效率和高稳定性的掺杂钙钛矿太阳能电池。

本发明的另一个目的在于提供一种掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。

本发明提供的一种多巴胺掺杂钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极；所述钙钛矿吸光层由MAPbI₃和多巴胺掺杂而成。

进一步地，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO玻璃)或氟掺杂氧化锡玻璃(FTO玻璃)；所述电子传输层为SnO₂，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD，所述阳极电极为银，所述阳极电极的厚度为80-100nm。

进一步地，所述钙钛矿吸光层中多巴胺的掺杂浓度为5-50毫摩尔/升。

本发明提供一种制备上述的多巴胺掺杂钙钛矿太阳能电池的方法，包括如下步骤：

(1)清洗阴极基底，然后对所述阴极基底进行表面处理，得到表面处理后的阴极表面；