[发明专利]阴极原位修饰的无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

本发明涉及一种阴极原位修饰的无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，首先，离子液体用于替代有机溶剂制备前驱体溶剂，实现无毒，易控制备。其次，我们采用离子液体对ITO(氧化铟锡)电极进行修饰，实现抑制界面复合和匹配能级的作用。本发明采用离子液体制备无电子传输层钙钛矿太阳能电池，通过改变无电子传输层钙钛矿太阳能电池钙钛矿薄膜制备方法，取得了原位的ITO电极修饰和高质量钙钛矿薄膜的双重效果。此外，相对于传统DMF(二甲基甲酰胺)或DMSO(二氟甲基鸟氨酸)溶剂，采用离子液体制备的前驱体溶液，无毒，制备过程简单、易控；没有引入其它材料和结构，器件结构简单，材料成本低；离子液体对电极进行修饰，器件性能好。

技术领域

本发明属于太阳能电池制备领域，涉及一种阴极原位修饰的无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

常规钙钛矿太阳能电池一般由电子传输层、空穴传输层、钙钛矿活性层和电极构成，其结构比较复杂。这不但增加了器件的制造成本，而且对制造工艺有比较高的要求。为了简化器件结构，人们发明了无电子传输层钙钛矿太阳能电池。然而，在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中，因为缺少电子传输层，钙钛矿和电极直接接触，这引起了两个问题。一是，电子和空穴在电极和钙钛矿层截面处复合，不能有效实现能量收集；二是，电极和钙钛矿材料的能级不匹配。两个问题导致无电子传输层钙钛矿太阳能电池光电转换性能降低，具体表现为：开路电压不高，填充因子低，能量转换效率得不到提升。因此，为了发展高效、低成本、易加工的钙钛矿太阳能光伏器件，人们有必要开发新技术来解决因缺失电子传输层给器件带来系列问题，从而制备新型的无电子传输层钙钛矿太阳能电池。

目前，提升无电子传输层钙钛矿太阳能电池性能而制备的无电子传输层钙钛矿太阳能电池，包括以下几种：

具有界面修饰层的无电子传输层钙钛矿太阳能电池：通过在电极和钙钛矿间重新引入界面层，实现对电荷复合中心的钝化，或实现电极和钙钛矿材料能级匹配。

半导体掺杂的无电子传输层钙钛矿太阳能电池：在钙钛矿薄膜中加入掺杂物质，对钙钛矿进行掺杂，通过掺杂调节钙钛矿的费米能级，实现电极和钙钛矿材料能级匹配。

钙钛矿薄膜修饰后的无电子传输层钙钛矿太阳能电池：通过引入金属合金纳米颗粒、添加剂等物质对钙钛矿薄膜进行修饰，通过修饰改变薄膜形貌，减少电子和空穴的复合，从而提升器件效率。

现有的无电子传输层钙钛矿太阳能电池主要有以下缺点：

1)引入界面层、掺杂物质、金属合金纳米颗粒或添加剂等来实现界电子与空穴的界面复合抑制和能带匹配。这些物质的引入不但增加了器件制备的耗材成本，而且对器件制备工艺提出了更高要求。这与发展高效、低成本、易加工的无电子传输层钙钛矿太阳能光伏器件的初衷相悖。

2)在加工过程中，均采用有机溶剂制备前驱体溶液，并通过旋涂方法来加工钙钛矿薄膜。这种方法需在手套箱中和严苛环境中操作，过程复杂，步骤繁琐。此外，有机溶剂有毒，对人体有害，环境不友好。

普遍采用FTO(掺杂氟的SnO₂导电玻璃)电极，透过率偏低，方阻大。

参考文献

(1)Ke,W.；Fang,G.；Wan,J.；Tao,H.；Liu,Q.；Xiong,L.；Qin,P.；Wang,J.；Lei,H.；Yang,G.；Qin,M.；Zhao,X.；Yan,Y.Efficient hole-blocking layer-free planar halideperovskite thin-film solar cells.Nat.Commun.2015,6,6700.