[发明专利]一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法。钙钛矿太阳能电池结构为，导电基板、电子传输层、疏水性三元阳离子二维/三维混合钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极，其中，疏水性三元阳离子二维/三维混合钙钛矿吸光层的前驱体溶液通过引入多功能表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)并制备成薄膜。测试表明，三维结构的三元阳离子钙钛矿太阳能电池经掺杂适量二维CTAB后，其光电转换效率(PCE)达到20.54％，未封装电池在氮气环境下2000h后仍保持初始效率的94.3％。本发明疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池有效降低了有机阳离子和卤素离子空位缺陷，提高了薄膜疏水性，明显提升了电池效率，增加了电池光、热、湿稳定性，延长了电池使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该发明属于能源技术领域。

背景技术

近年来，随着社会与经济的发展，人类对清洁能源的需求越来越高。太阳能电池直接将光转换为人类所需的电能，不需要中介媒质，是最受欢迎的清洁能源之一。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(PSCs)由于其一系列优点，受到了广泛的关注，其光电转换效率(PCE)在10年内从3.8％迅速提高到25.2％，被认为是最有发展前景的新一代薄膜太阳能电池。然而由于它们的形成能低，存在大量的缺陷态，三维结构的钙钛矿太阳能电池中的阳离子，即甲胺(MA)、甲脒(FA)、铯离子(Cs)等易挥发，使得其光、热、湿稳定性低，严重阻碍其商业化应用。

钙钛矿太阳能电池由透明导电基板、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极组成，其中钙钛矿吸光层是决定电池性能的关键组成部分。三维结构钙钛矿薄膜稳定性差，阴阳离子易挥发，挥发性使得其在制备过程中容易形成多种类型的缺陷，如阴阳离子空位、金属离子配位、湿度降解等，导致其效率及稳定性进一步降低。目前，二维结构钙钛矿薄膜湿、热稳定性好，但其难以形成光伏黑相，将二维结构和三维结构混合，不仅可以钝化缺陷，抑制钙钛矿薄膜表面缺陷，抑制载流子复合，同时可以形成稳定的光伏黑相，在提升其光伏效应的同时，显著提高其稳定性。本发明利用多功能疏水性物质CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)作为二维结构添加剂，使其形成稳定的二维/三维混合钙钛矿光伏黑相结构，钝化了钙钛矿中主要缺陷，减少界面复合，改善钙钛矿薄膜质量，同时利用其疏水性提高器件稳定性，从而延长了载流子寿命，促进载流子的提取和迁移，提高了器件的长期稳定性。

发明内容

本发明在于提供一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该发明可有效解决目前钙钛矿太阳能电池缺陷态密度高，寿命短，光、热、湿不稳定等问题。

为实现上述发明的技术方案是：

一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法。二维/三维混合钙钛矿太阳能电池结构为，透明导电基板、电子传输层、疏水性三元阳离子二维/三维混合钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极，其中，疏水性三元阳离子二维/三维混合钙钛矿吸光层的前驱体溶液通过引入多功能表面活性剂CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)，并制备成薄膜。

1.所述疏水性三元阳离子二维/三维混合钙钛矿吸光层溶液配置方法为，将FAI

1M、MABr 0.2M、PbI₂ 0.2M、PbBr₂ 0.2M溶解在二甲基甲酰胺(DMF)

和二甲基亚砜(DMSO)混合溶剂中，V_DMF:V_DMSO＝4:1,然后在上述混合溶液中加入1.5M CsI溶液，再将CTAB粉末分别掺入上述溶液中(摩尔比为0,1％，2％，3％)以配备不同浓度的前驱体溶液，常温搅拌2～3h。

2.该三元阳离子钙钛矿前驱体溶液中加入CTAB的摩尔比分别为0,1％，2％，3％。

3.所述的溶液在氧含量1ppm,水含量1ppm的惰性气体手套箱中进行搅拌。