[发明专利]一种基于小分子钝化钙钛矿太阳电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于小分子钝化钙钛矿太阳电池的制备方法，太阳电池由玻璃基底、ITO导电玻璃、PTAA空穴传输层、钙钛矿层、多功能电子传输层、金属电极层构成，创造性的将微量Y6分子掺杂在常规电子传输层PCBM中，作为钙钛矿吸收层的多功能电子传输层。本发明制备的多功能电子传输层具有更光滑的表面形貌，更薄的薄膜厚度；相比于未加入Y6的电子传输层薄膜，加入Y6的电子传输层具备吸收更宽太阳光谱的能力；加入Y6的电子传输层的钙钛矿薄膜缺陷密度明显降低，减少了表面处的缺陷复合损失。根据本发明方法制备的平面反式结构的钙钛矿太阳电池稳定性提高的同时，具有更高的开路电压与短路电流，进而提高了器件光电转换效率。

技术领域

本发明涉及薄膜太阳能领域，尤其涉及一种基于小分子钝化钙钛矿太阳电池的制备方法。

背景技术

太阳能是一种可再生能源，随着全球范围内日益增长的能源需求，对于太阳能的应用变得越发重要。将太阳能转换为电能的一种有效方法是制备基于光生伏特效应的太阳电池，研发高效、低成本的新型太阳电池是实现太阳能光伏发电应用的技术基础。过去十年中，有机-无机卤化物钙钛矿太阳电池(Perovskite Solar Cells，PSCs)由于具有高转换效率、低成本的加工技术和商业化生产潜力而备受关注，成为最有发展前途的第三代光伏电池。科学家们通过溶剂工程、界面工程等一系列策略，使单结PSCs的转换效率(Photon-to-electron Conversion Efficiency，PCE)，从3.8％(2009年)快速提升到25.5％(2020年),与晶体硅(c-Si)太阳电池效率相当。然而，虽然PSCs的PCE性能优异，但现有技术尚未充分发挥其环境稳定性的潜力，PSCs的稳定性仍然是研究者们关注的一个难题。

为了解决难题，许多研究致力于PSCs的界面修饰，以实现电池更高的稳定性和可控制的界面疏水性。例如，通过引入路易斯碱性电子给体(如在吸收层中添加吡啶，在吸收层与空穴传输层之间的界面处添加噻吩)来钝化缺陷；使用小分子(例如5-氯异丁烯(Isatin-Cl)，三(五氟苯基)硼(TPFPB)，六氟磷酸四丁基铵(TBAPF6)等)作为钝化剂，可以有效地调整不同功能层的能级。然而，它们只限于通过界面钝化来改善器件性能，降低了钙钛矿表面的缺陷密度，而不能在单结电池中充分利用较宽的太阳光谱，而非富勒烯受体Y6，可用于有机太阳电池中，调节薄膜的光吸收和电子亲和力。胡琴等人首先在反式结构(p-i-n)的钙钛矿型太阳电池中引入非富勒烯受体(Y6)全部替代传统的[6,6]-苯基C61-丁酸甲酯(PC61BM)，从而提高了器件的稳定性。但是，考虑到Y6分子的价格是金价格的100倍，这种完全替代PC61BM方法的制备成本非常高。因此，急需开发一种简单又价格低廉的钝化工艺以制备得到具有高转换效率、强稳定性的钙钛矿光伏器件。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于小分子钝化钙钛矿太阳电池及其制备方法。本发明结合制备电子传输层的旋涂工艺，创造性地把微量Y6有机分子掺杂在电子传输层中，不仅扩宽了单结电池对太阳光的吸收，而且可以钝化钙钛矿表面的缺陷态，提高钙钛矿光伏器件的开路电压与短路电流，进而提高器件光电转换效率，且制备工艺简易，价格低廉。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于小分子钝化钙钛矿太阳电池及其制备方法，通过在传统电子传输层材料[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)中微量掺杂Y6分子，得到多功能电子传输层,不仅可以吸收更宽的太阳光谱，而且可以降低钙钛矿层表面的缺陷密度，提高电池稳定性并降低生产成本。

一种基于小分子钝化钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1.将图案化涂覆的氧化铟锡ITO导电玻璃基板分别在稀释的洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇中超声处理20分钟，然后将玻璃基板置于真空烘箱中干燥，干燥后将其用紫外-臭氧处理15分钟后转移到充满氮气的手套箱中；

步骤2.制备PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])空穴传输层；

步骤3.制备钙钛矿层：