[发明专利]一种钙钛矿/碳电极的界面修饰方法

说明书

一种钙钛矿/碳电极的界面修饰方法，属于有机无机复合材料和光电材料技术领域。主要步骤为在一步旋涂法制备出钙钛矿薄膜后，采用氟取代的苯乙胺碘(F‑PEAI)在钙钛矿薄膜上原位生长(F‑PEA)₂PbI₄二维层的方式改善钙钛矿表面，基于此涂覆碳电极，可以改善钙钛矿/碳电极界面，组装的碳基钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率。本发明所提供的材料制备方法成本低廉，稳定性好，制备工艺简单，可控性和重复性强，适用于工业化生产。

技术领域

本发明属于有机无机复合材料和光电材料技术领域，特别涉及一种钙钛矿/碳电极的界面修饰方法及其在碳基钙钛矿太阳能电池(C-PSCs)中的应用。

背景技术

近年来，能源短缺问题日益凸显，传统的化石能源不仅储量有限、不可再生，且其使用过程中还会给环境带来巨大的污染。这也推动了人们对可再生能源资源的开发利用，而太阳能作为一种清洁可再生的能源正受到越来越多的关注。在此背景下，开发新型高效率低成本太阳能电池引起各国研究者的巨大兴趣，尤其是钙钛矿太阳能电池凭借良好的吸光性和较快的电荷传输速率，以及巨大的开发潜力，从2009年开始兴起的3.8％效率到现在的25.5％，发展尤为迅速，被誉为“光伏领域的新希望”。钙钛矿太阳能电池中几百纳米厚的薄膜即可充分吸收波长800nm以下的太阳光，薄膜致密度和平整度在很大程度上影响光生载流子在钙钛矿电池中的分离与传输。另外，为了解决传统PSCs中有机空穴传输层(HTM)和金属电极的稳定性问题，提升PSCs的稳定性，人们开发出几种有空穴提取能力的电极，制备出了无HTM的PSCs器件，这些电极包括Au、Ni和碳(Carbon)等。其中，碳材料被认为是最有前途的电极材料，因为碳材料价格便宜、性质稳定、对离子迁移呈惰性并且其本身具有防水性，这些优势都有助于提升PSCs的稳定性。但是C-PSCs器件中钙钛矿/碳电极界面间接触较差，而且在钙钛矿/碳电极界面处存在大量间隙缺陷，这会阻碍空穴提取，导致电荷复合。因此需要提出一种界面修饰方法用于改善钙钛矿/碳电极间的界面接触，这对于提高碳基钙钛矿太阳能电池的效率与稳定性十分有益。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙钛矿/碳电极的界面修饰方法并将其应用在碳基钙钛矿太阳能电池中。通过旋涂氟取代的苯乙胺碘(F-PEAI)溶液，在钙钛矿薄膜上原位生长(F-PEA)₂PbI₄二维层并基于此涂覆碳电极，改善钙钛矿/碳电极间的界面接触，由此组装的碳基钙钛矿太阳能电池具有良好的光电转化效率和较好的稳定性。

本发明提供一种钙钛矿/碳电极的界面修饰方法，具体步骤如下：

1)钙钛矿前驱体溶液的配置：

RMX₃钙钛矿前驱体溶液的配置方法为将有机胺卤素化合物RX、金属卤素化合物MX₂混合到有机溶剂中，常温搅拌过夜，得到澄清透明的黄色溶液。

2)三维钙钛矿薄膜的制备：

在手套箱中，将RMX₃钙钛矿前驱体溶液，通过一步旋涂法成膜结合滴加反溶剂的方法，在导电基底或涂有载流子传输薄层的导电基底上，进行钙钛矿前驱加合物薄膜的制备，退火并冷却至室温；

3)二维(F-PEA)₂PbI₄层的制备：

制备(F-PEA)₂PbI₄的异丙醇溶液，随后采用原位生长钝化层的方法将所得(F-PEA)₂PbI₄溶液旋涂到步骤2)的三维钙钛矿薄膜上，晾干，提高提高钙钛矿膜的质量；

4)然后在二维(F-PEA)₂PbI₄层上涂覆碳电极退火，达到改善钙钛矿/碳电极之间界面接触的目的。

太阳能电池中的应用：2D/3D混合钙钛矿薄膜在碳基钙钛矿太阳能电池结构中的应用。