[发明专利]一种提高有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的能量转换效率和稳定性的方法

说明书

本发明目的在于提高有机‑无机杂化钙钛矿太阳能电池的能量转换效率以及稳定性，具体涉及利用一种丙糖小分子(1，3‑二羟基丙酮，DHA)作为表面钝化剂，通过DHA与钙钛矿成分相互作用，降低有机‑无机杂化钙钛矿薄膜的缺陷态密度，并降低钙钛矿材料的价带最大值(VBM)减少电压损失以提高能量转换效率的方法。在制备钙钛矿太阳能电池的过程中，在钙钛矿薄膜表面使用旋涂技术均匀的沉积一层DHA，通过氢键和配位键作用在钙钛矿薄膜表面附着，起到保护层的作用。本发明通过在钙钛矿太阳能电池中引入DHA钝化层，减少了钙钛矿薄膜的缺陷，提高了薄膜和相应器件的稳定性；所采用的材料成本低，加工工艺简单。

技术领域

本发明目的在于提高有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的能量转换效率和稳定性。具体涉及利用一种丙糖小分子(1，3-二羟基丙酮，DHA)作为表面钝化剂，通过DHA与钙钛矿成分相互作用，降低有机-无机杂化钙钛矿薄膜的缺陷态密度，并降低钙钛矿材料的价带最大值(VBM)，减少电压损失以提高能量转换效率的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是基于染料敏化太阳能电池开发出的新一代太阳能电池，钙钛矿最早在2008年由Miyasaka引入光伏电池作为可见光敏化剂，并取得3.81％的能量转换效率。钙钛矿光吸收材料的优点众多，收到广泛的关注，因此钙钛矿太阳能电池的发展十分迅速，经过十余年的发展单结固态钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到25.7％。但对于钙钛矿光吸收层的制备来说，主流的反溶剂法因为溶剂的快速蒸发和反应会导致钙钛矿薄膜的结晶和生长过程难以控制，从而产生许多缺陷，包括钙钛矿固有的缺陷和外部因素造成的缺陷，这些缺陷会成为载流子的复合中心而导致器件性能的损失，其中一些缺陷还会导致钙钛矿的降解，对钙钛矿太阳能电池的稳定性产生不利的影响。

自2014年首次将富勒烯作为钝化剂引入钙钛矿电池来消除缺陷后，到目前为止开发了添加剂工程，溶剂工程，成分工程，界面工程，尺寸工程等方法来钝化缺陷，而表面钝化除了可以钝化缺陷之外，还具有可以充当钙钛矿保护层的优点，并且工艺简单被广泛使用。例如Li课题组采用PBABr对钙钛矿薄膜的表面缺陷进行钝化，使Pb和I缺陷显著降低，表面的非辐射重组被显著抑制。You课题组在钙钛矿表面沉积一层PEAI盐，降低了表面的I缺陷的同时，这些PEAI晶体可以深入钙钛矿晶界处并抑制非辐射复合缺陷，进一步提高器件性能。Meng课题组使用三苄基磷氧化物(TBPO)，通过构建分子间-P＝O···Pb和π-π共轭实现了足够的表面钝化，并且稳定了钙钛矿表面的分子排列。基于以往报道的工作，我们选用一种丙糖分子作为表面钝化剂，该钝化层显著降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度，减少了电压损失，提高了薄膜的吸光度，抑制了界面处载流子的复合。

发明内容

基于此，本发明的目的是，使用一种表面钝化剂，提高有机-无机杂化钙钛矿太阳能的能量转换效率和稳定性。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种含表面钝化剂的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，结构为导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、表面钝化层、空穴传输层、金属电极。

在制备有机-无机杂化钙钛矿薄膜的下一步骤，将溶有表面钝化剂的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿薄膜上，不需额外的退火处理。

其中，采用的表面钝化剂为1，3-二羟基丙酮，学名为1,3-Dihydroxyacetone，简称DHA。

优选

将DHA按不同浓度配置溶液，充分搅拌至完全溶解，使用不同的旋涂转速和时间将DHA溶液沉积在钙钛矿薄膜表面，对照组仅使用异丙醇溶液对钙钛矿薄膜进行旋涂，之后再对部分实验组薄膜进行热处理退火。

所述表面钝化剂于异丙醇溶液中的最佳浓度为0.4mg/mL。

所述表面钝化剂于旋涂步骤中的转速和时间为3000rpm和20s。

所述表面钝化层薄膜的最优后处理为不需额外退火。