[发明专利]一种稳定FACs基钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

钙钛矿太阳能电池是一种新兴的光电转化技术，能够将光能高效的转化为人们生活所需的电能。钙钛矿太阳能电池发展迅速，由于其高效的转换效率受到人们的青睐，未来将会对对人类的生产生活产生极其重要的影响，并在众多领域得以广泛应用。相比于传统MAPbI₃钙钛矿太阳能电池材料，FACs混合阳离子钙钛矿拥有较窄的带隙，但是其较差的湿度稳定性限制了其进一步发展。本发明的目的在于提供一种能够稳定FACs基钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过引入含氧膦酸，使其作为钙钛矿前驱体溶液添加剂，解决目前钙钛矿太阳能电池效率低、稳定性差、制造工艺复杂等问题。上述所述的钙钛矿太阳能电池包括三部分，分别是：FTO导电玻璃衬底层、SnO₂电子传输层、钙钛矿纳米晶薄膜、Sprio‑MeOTAD空穴传输层以及金属电极层。其中钙钛矿纳米晶薄膜是以ABX3为基质材料。

技术领域

本发明涉及光电器件技术领域，尤其涉及一种含氧膦酸作为添加剂的 FACs 基钙钛矿钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

自 2009 年以来，有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池已成为迄今为止发展最快的光伏技术，其功率转化效率已经可以与传统硅太阳能电池相媲美。在早期的探索研究中，钙钛矿太阳能电池主要以甲基铵三碘化铅（MAPbI₃）为基础，然而由于 MA 的挥发性，在超过85 ℃ 之后开始分解，同时甲脒三碘化铅（FAPbI₃）虽然拥有1.47 eV 的较窄带隙，但FAPbI₃ 只能在 150 ℃ 以上的高温中才能稳定，所以通过多阳离子工程，基于FACs的混合阳离子钙钛矿太阳能电池成为目前主要的研究途径，但是FACs基混合阳离子钙钛矿的高湿度敏感性限制了其商业化发展。为了解决这一问题，通过引入添加剂，可以有效稳定 FACs基钙钛矿太阳能电池并缓解 FACs 基钙钛矿太阳能电池的高湿度敏感性，通过引入添加剂的方式进行FACs基钙钛矿太阳能电池的改良不失为一种可行方案。

钙钛矿材料具有陷阱密度小、本征载流子浓度较低、晶界少等特点，在高性能和低成本的太阳能电池方面具有极大的优势。在钙钛矿太阳能电池制备过程中，通过添加剂工程可以稳定 FACs 基钙钛矿太阳能电池，实现高效率和高稳定性。本发明旨在利用一种含氧膦酸添加剂策略进行 FACs 基钙钛矿太阳能电池的制备，该方法基于现有的技术，可极大提高FACs 基钙钛矿太阳能电池稳定性，并且有利于推广应用，实现商业化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定 FACs 基钙钛矿太阳能电池的制备方法，解决目前钙钛矿太阳能电池稳定性、器件效率等问题。上述所述的钙钛矿太阳能电池包括五部分，分别是： FTO导电玻璃衬底层、SnO₂电子传输层、钙钛矿纳米晶薄膜、Spiro-MeOTAD 空穴传输层以及金属电极层。其中钙钛矿纳米晶薄膜是以ABX₃为基质材料。实现本发明技术的方案如下：

首先将 FTO 导电玻璃衬底经过洗洁精、无水乙醇超声清洗、UV紫外光清洗得到洁净的衬底层。将衬底层放置在旋涂仪上，在其正上方滴加配制好的 SnO₂ 溶液进行旋涂，旋涂完毕后进行退火处理。在将配制好的钙钛矿前驱液滴加在含有电子传输层的基板上进行旋涂，旋涂完毕后在加热板上进行退火处理。之后将配制好的 Spiro-MeOTAD溶液滴加在涂覆了钙钛矿层的基板上，通过旋涂将空穴传输层覆盖在钙钛矿薄膜表面，最后通过真空镀膜技术在空穴传输层上蒸镀一层金电极层。

本发明所采用的钙钛矿纳米薄膜材料为 FA_0.85Cs_0.15PbI₃，其中通过引入含氧膦酸作为添加剂可以增强对可见光的吸收，显著提高钙钛矿薄膜的光电转换效果，同时提高器件性能参数与稳定性。

本发明与现有技术相比，优势为：

1、本发明的工艺操作与电池结构相对简单，含氧膦酸可直接充当钙钛矿前驱体溶液的溶质溶解在溶剂中；

2、引入含氧磷酸添加剂之后可以显著提高钙钛矿薄膜的吸光度，从而提升电池性能，有利于实现商业化；