[发明专利]一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该电池由下至上依次包括：阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极；所述钙钛矿吸光层制备方法为反溶剂法，所用反溶剂为含三嗪的氯苯溶液；所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸。本发明将三嗪类材料引入反溶剂影响了钙钛矿的结晶动力学，诱导钙钛矿取向生长，辅助大尺寸晶粒的生长；三聚氯氰、三聚氟氰还会参与钙钛矿结晶，改变钙钛矿材料的带隙，扩大吸收光谱，三聚氰胺、三聚氰酸与Pb离子发生配位反应，减少钙钛矿中的深能级缺陷，提升了器件光电转换效率；这使得钙钛矿太阳能电池的应用潜力大大增强。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于具有载流子扩散距离长、吸光范围广、制备成本低廉、高光电转换效率的特点，在太阳能电池领域受到广泛关注。钙钛矿太阳能电池工作原理为：太阳光透过ITO透明电极和电子传输层入射到钙钛矿吸光层后被吸收，产生激子。随后激子在钙钛矿吸光层中发生分离，形成电子和空穴，二者分别注入到电子传输层和空穴传输层，最终分别被阴极和阳极所收集，并产生光电流和光电压。

研究表明，钙钛矿层作为钙钛矿太阳能电池的吸光部分，是整个器件的核心。目前，导致钙钛矿太阳能电池器件效率低于理论效率极限的主要原因是本身的深能级缺陷，深能级缺陷会导致非辐射复合，降低器件性能。此外，缺陷还会导致器件光稳定性、湿稳定性、热稳定性降低。因此，对钙钛矿的结晶动力学过程进行调控，可以减少钙钛矿层缺陷，调节钙钛矿层带隙，从而提高太阳能器件光电转化效率(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,16691–16696；Sol.Energ.Mat.Sol.C 211(2020)110527)。另外，反溶剂钝化后能在钙钛矿表面覆盖极薄的自组装层，抵挡水、氧的侵袭，材料与钙钛矿间存在氢键相互作用，有利于器件稳定性的提升(Adv.Energy Mater.2019,9,1900198；Science 371,636–640)。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过反溶剂在钙钛矿太阳能电池中引入三嗪类材料(三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸)，调节钙钛矿的结晶过程，减少并钝化深能级缺陷，调节钙钛矿带隙；与钙钛矿形成氢键相互作用，增强水氧抵挡能力，对于提高钙钛矿太阳能电池的性能以及稳定性具有重要意义。

本发明的目的至少通过如下技术方案予以实现：

一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极；所述钙钛矿吸光层制备方法为反溶剂法，所用反溶剂为含三嗪的氯苯溶液；所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸。

优选的，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO玻璃)或氟掺杂氧化锡玻璃(FTO玻璃)；所述电子传输层为SnO₂(二氧化锡)，所述钙钛矿吸光层为MAPbI₃，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD，所述阳极电极为银，所述阳极电极的厚度为60-120纳米。

优选的，所述含三嗪的氯苯溶液，浓度为0.02-1.0毫克/毫升。

上述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)清洗阴极基底，然后对所述阴极基底进行表面处理，得到表面处理后的阴极表面；

(2)在步骤(1)所述表面处理后的阴极表面上依次制备电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；

(3)在步骤(2)所述空穴传输层的表面蒸镀阳极电极，得到所述基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池。