[发明专利]单颗粒纳米异质结界面修饰的无机钙钛矿电池及制备方法

说明书

一种单颗粒纳米异质结界面修饰的无机钙钛矿电池及制备方法。本发明无机钙钛矿太阳能电池，将单颗粒二元纳米异质结（ZnS‑Cu₂S或MnS‑Cu₂S或CdS‑Cu₂S）插入到电子传输材料与钙钛矿薄膜之间作为修饰层，一是通过界面化学键合钝化金属氧化物氧空位和钙钛矿缺陷，从而改善电子状态和稳定性；二是通过界面官能团与钙钛矿材料相互作用，影响晶体的形成；三是利用调整金属氧化物和钙钛矿层之间的界面组成，促进电荷提取，提高器件性能。本发明制备方法工艺简单，易操作。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种单颗粒纳米异质结界面修饰的无机钙钛矿电池及制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池主要由电子传输层（ETL, 如SnO₂、TiO₂）、钙钛矿吸光材料（ABX₃（A=CH₃NH₃ (MA) 或者Cs 等, B=Pb、Sn等，X=I, Br, Cl））、空穴传输层（HTL，如spiro-OMeTAD）以及金属电极组成。由于其效率高、成本低、工艺简单以及环境友好，已成为了光电器件领域的研究重点。2019 年，该类太阳能电池转化效率已达到25.2 %，显示了极高的发展应用潜力。尽管作为一种新型的光伏器件，钙钛矿太阳能电池所取得的光电转换效率已远远超过其他类型太阳能电池；但以有机-无机杂化钙钛矿CH₃NH₃BX₃为吸光材料的器件对光热以及水氧等极其敏感，易分解，使得该类器件的稳定性差，限制了钙钛矿太阳能电池的实用化。

研究者利用稳定的无机阳离子来取代传统无机-有机钙钛矿形成了CsPbX₃（X=I、Br）无机钙钛矿吸光材料。由于其优越的热稳定及光电性能，无机钙钛矿太阳能电池近年来越来越受关注。但在平面结构的钙钛矿电池中，钙钛矿与传输层之间的界面面积非常有限。对于研究最多的正型结构钙钛矿型太阳能电池，有研究表明其中的TiO₂材料，尤其是多孔TiO₂，其缺陷态过多，因而电荷传输速度非常慢。

钙钛矿太阳能电池在钙钛矿层上下有两个电荷传输层，电荷传输层决定了电荷的提取和传输；在电荷传输层和钙钛矿层之间不可避免地会形成一个界面，如果电荷传输层和钙钛矿不能形成紧密接触，这些界面就会成为一个非辐射的复合中心导致器件的能量损失严重，降低器件的效率和稳定性。界面工程被认为是一种改善电子传输层/钙钛矿界面电荷传输有效的方法。

CN110911566A公开一种基于多功能界面修饰层的碳基钙钛矿太阳能电池。其结构包括透明导电基底、电子传输层、钙钛矿层、碳电极。主要以涂覆的方法将氢氧化碱金属修饰在电子传输层和钙钛矿层之间。该修饰层通过降低电子传输层界面张力和功函，提高钙钛矿层成膜质量，来促进界面间的载流子传输以及减弱膜内的非辐射复合。提高光电转换效率，改善稳定性与迟滞效应。

CN110459680A公开一种钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿太阳能电池由下至上依次包括：衬底、透明电极、电子传输层、界面修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极；所述电子传输层为纳米二氧化钛薄膜；所述界面修饰层为聚合物薄膜，本发明还提供了该钙钛矿太阳能电池的制备方法。该钙钛矿太阳能电池，通过在电子传输层上设置了聚合物薄膜的界面修饰层，提高了界面质量，通过表面能的降低提高钙钛矿的晶相质量，进而优化界面、提高钙钛矿吸光层的质量，有效提高了器件的开路电压和填充因子，从而使太阳能电池的能量转化效率显著提高。

上述公开的技术方案分别采用氢氧化碱金属和聚合物薄膜作为界面修饰层，均对太阳能电池的光电转换效率和稳定性，有所提升，但为加快太阳能电池的应用仍需进一步提高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上不足，提供一种单颗粒纳米异质结界面修饰的无机钙钛矿电池及制备方法。本发明的无机钙钛矿电池的光电转换性能优异、稳定性好。本发明制备方法工艺简单，易操作。