[发明专利]一种能抑制钝化层光分解的钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开一种能抑制钝化层光分解的钙钛矿太阳能电池及制备方法，属于太阳能电池技术领域。所述能抑制钝化层光分解的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括：在透明导电基板表面旋涂制备电子传输层；在电子传输层上旋涂带有包覆材料的碘化铅胶体，形成碘化铅薄膜；在碘化铅薄膜上旋涂卤化物阳离子，生成钙钛矿吸光层；在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；在空穴传输层上制备金属电极。在本发明提供的一种能抑制钝化层光分解的钙钛矿太阳能电池及制备方法中，向碘化铅胶体中添加包覆材料，可以包覆一部分碘化铅晶粒，该部分晶粒不参与生成钙钛矿的反应，充当钝化缺陷的作用，提高碘化铅钝化层的稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种能抑制钝化层光分解的钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展和进步，人们对能源的消耗和依赖逐渐增强。目前化石能源正在出现枯竭，全球都面临着能源危机，太阳能作为取之不尽、用之不尽的清洁能源，其正是取代化石能源的候选者。钙钛矿材料具有长载流子传输距离、可调的能带、对光具有较强吸收等优点，这让钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经超过25％，可以与晶硅太阳能电池相媲美，这也是可以高效利用太阳能的契机。虽然钙钛矿太阳能电池具有很高的转换效率，但是钙钛矿薄膜中存在大量的缺陷，对钙钛矿太阳能电池的长期稳定性产生巨大的影响，严重降低器件后期的性能。科研人员发现钙钛矿太阳能电池中反应残余或者钙钛矿分解产生的碘化铅可以起到钝化层的作用，进而利用碘化铅改善缺陷的影响。游经碧团队通过控制第二步旋涂卤化阳离子的转速，达到控制钙钛矿薄膜中碘化铅的含量，钝化钙钛矿薄膜内部缺陷，获得了21.6％的能量转换效率，并且提高了薄膜的长期稳定性。

碘化铅钝化钙钛矿薄膜中缺陷的能力极其显著，但是碘化铅存在分解的问题。碘化铅具有感光性，在湿润和光照条件下会发生分解，相应的分解过程也发生在钙钛矿薄膜中。Adachi团队团队采用不同浓度的碘化铅溶液制备钙钛矿薄膜，在光照下碘化铅浓度较大的薄膜最易分解，他们发现是薄膜中碘化铅晶体在光照下会分解，导致薄膜中生成铅和碘，分解后产生的碘与铅成为钙钛矿薄膜中的载流子复合中心，进一步产生更多的缺陷，因此，PbI2的光分解是器件加速降解的主要原因之一。因此调控碘化铅钝化层的光分解，不仅可以提升钙钛矿太阳能电池的效率，还可以显著改善钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。

提高碘化铅薄膜质量即可提高钙钛矿薄膜质量，减少薄膜中缺陷的产生，因此越来越多的研究集中在碘化铅薄膜质量上。控制碘化铅原材料的生长取向，提高碘化铅薄膜质量，进而提高钙钛矿薄膜的质量，提高电池的稳定性成为一个热门方向。黄维课题组采用醋酸铅与碘化钾控制生成物碘化铅的生长取向，制备取向为(101)的碘化铅晶体，将其溶于二甲基甲酰胺即可得到碘化铅胶体。利用碘化铅胶体可制备致密碘化铅薄膜，生成有序的碘化铅钝化层，更精确的钝化缺陷，进而提高钙钛矿薄膜的质量，获得22.22％的能量转换效率。

如何去利用碘化铅钝化并减少碘化铅分解去提高钙钛矿薄膜的稳定性已成为当下热门的研究方向之一。器件测试、封装过程都避免不了与水分接触，然而在湿度和长期光照时碘化铅晶体会发生分解，加速钙钛矿薄膜的降解。我们通过向碘化铅胶体中添加包覆材料，在第一步制备碘化铅薄膜时包覆部分碘化铅晶粒，在第二步旋涂卤化阳离子时，该部分碘化铅晶体不参与反应，而形成钝化层。这种包覆不仅可以提升钝化层的钝化作用，提升器件效率，同时可以避免碘化铅光分解，进而提升钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。我们既可通过碘化铅胶体制备高质量、优取向的碘化铅薄膜，进而可制备高质量钙钛矿薄膜，提高薄膜稳定性，也可以通过包覆材料包裹碘化铅晶粒形成钝化层，钝化钙钛矿薄膜中的缺陷，并且减少碘化铅晶体与水的直接接触，提高碘化铅晶体在光照下的稳定性，使钙钛矿薄膜达到高效率和长期稳定的效果，进一步推动钙钛矿太阳能电池的商业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能抑制钝化层光分解的钙钛矿太阳能电池及制备方法，以解决现有的钙钛矿太阳能电池中，碘化铅钝化钙钛矿薄膜中缺陷的能力极其显著，但是碘化铅具有感光性，在湿润和光照条件下会发生分解，且碘化铅的光分解会加速钙钛矿太阳能电池器件降解的问题。