[发明专利]基于卤素化羟基氧化物量子点界面层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明提供了基于卤素化羟基氧化物量子点界面层的钙钛矿太阳能电池及制备方法，具体是采用溶液法制得卤素化羟基氧化物量子点，将其旋涂在导电玻璃负载的电子传输层表面作为界面修饰层，之后液相旋涂制备钙钛矿吸光层，涂覆法沉积碳背电极，制成钙钛矿太阳能电池。本发明利用卤素化羟基氧化物量子点的基团化学特性、高电导率及能带结构可调性一方面钝化电子传输层和钙钛矿层表面缺陷并提高钙钛矿薄膜质量，增大电子迁移速率和减少载流子复合，另一方面促进电子转移和改善界面能级排列，增强电荷提取与降低能量损失，有效提高了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。本发明制备技术简单，原料价廉易得，材料优化改进空间大，具有很大的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，具体涉及卤素化羟基氧化物量子点作为界面修饰层在钙钛矿太阳能电池中的应用及制备方法。

背景技术

近年来，传统的化石能源的过度开采和使用不仅给环境带来巨大的污染还引发了能源危机，而太阳能作为一种可再生的清洁能源对于解决能源危机具有重要意义。在此背景下，开发新型高效率低成本的太阳能电池已引起各国研究者的广泛关注。在众多太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池凭借良好的吸光性、优异的电荷传输速率、可调节的带隙，在光电领域具有重要的应用前景。

在钙钛矿太阳能电池中，电子传输层作为重要组成部分，其在提取电子，阻挡空穴的过程中发挥着至关重要的作用。电荷动力学(包括电荷提取，电荷转移和电荷复合)发生在电子层与钙钛矿层形成的异质结界面上。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，稳定性和滞后现象与界面载流子复合动力学过程密切相关。除了电子传输层本身的提取和传输电子能力影响载流子复合过程外，钙钛矿层和电子传输层之间的界面能级差也是影响界面载流子复合的关键原因之一，并进而影响器件的光伏性能以及长期运行稳定性。界面修饰被认为是钝化电子传输层表面缺陷及调节界面能级排列的有效方法，理想的电子提取及传输能力和能级匹配不仅有益于电荷的有效提取，运输和收集，而且还减少了界面电荷的积累，从而减轻了滞后现象。

此外，钙钛矿表面和界面处的陷阱态会导致电荷积累和复合损失。许多研究表明，钙钛矿材料中的阴阳离子的活化势垒较低，并且具有适度的离子扩散系数，特别是在受到外部偏压或在光照条件下，离子可在钙钛矿内移动。离子迁移会带来较多的作为电荷复合中心的缺陷态，导致器件性能下降，并且对器件的稳定性产生不利影响。文献报道界面工程是钝化界面缺陷、改善钙钛矿薄膜质量的有效措施之一。路易斯酸碱化合物与一些有机分子(多含有供电子基团)已被用作界面修饰材料，成为钝化钙钛矿配位不足离子缺陷的一种有效方法。但是，这些化合物功能单一，导电性差，增加了电池的内阻，并且对提高界面能级排列的作用较小。因此，探索新型多功能界面修饰材料以改善电子传输层提取和传输电子能力及界面能级排列，同时钝化钙钛矿表面缺陷，制备高质量的钙钛矿薄膜对提高电池的光伏性能有着重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供了卤素化羟基氧化物量子点作为界面修饰层在钙钛矿太阳能电池中的应用及制备方法。本发明首先通过对羟基氧化物量子点进行卤素化提高其电子传导率并对其能带结构进行调整，然后将其作为界面层修饰于电子传输层和钙钛矿层之间，利用羟基钝化二氧化钛电子传输层表面的氧空位等缺陷，提高电子传输层的电子转移能力，同时其作为界面层可转移电子并引入中间能级，优化界面能级匹配，促进电子提取和降低界面能量损失，还可调控钙钛矿薄膜的生长，制得吸光度高、缺陷态少的大尺寸晶粒、低晶界钙钛矿吸光层，另外卤素化羟基氧化物量子点中的卤素可钝化钙钛矿表面陷阱态，减少电荷非辐射复合，加快载流子提取。基于以上卤素化羟基氧化物量子点作为界面修饰层的多方面功能作用，最终实现具有高光电转换效率和高稳定性的钙钛矿太阳能电池的制备。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了基于卤素化羟基氧化物量子点界面层的钙钛矿太阳能电池及制备方法，包括以下步骤：