[发明专利]一种表面处理提高大面积柔性钙钛矿太阳电池性能的方法

说明书

本发明提供的一种表面处理提高大面积柔性钙钛矿太阳电池性能的方法，属于太阳能电池技术领域，通过在PMAI有机卤素盐中引入TMTA，旋涂于3D有机无机杂化钙钛矿薄膜上后无需退火处理，可增大大阳离子与碘化铅结合的空间位阻，同时保护PMAI在制备过程中因外界环境与条件变化造成的不均匀低维结构生成，进而提高钙钛矿薄膜的表面稳定性和均一性，增加器件的可重复性；本发明所述方法可获得小面积柔性钙钛矿太阳能电池22.5％的效率，及大面积柔性钙钛矿太阳能电池超过19％的效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及到一种表面处理提高大面积柔性钙钛矿太阳电池性能的方法。

背景技术

能源一直是人类文明发展的重要推动力。太阳能电池是一种利用光伏效应将光能转化为电能的器件。2009年金属卤化物钙钛矿首次应用于太阳能电池，由于其通用性和易于制造，使光伏领域发生革命性变化。钙钛矿材料由于其合适的杨氏模量以及可低温制备的特点，从2013年以来开始应用于制作柔性钙钛矿太阳能电池，效率从2.62％提升至如今文献所报道的柔性钙钛矿太阳能电池已经超过21％，最高达到21.73％。以有机无机杂化钙钛矿作为吸收层的刚性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过25％，成为单节钙钛矿太阳能电池的最佳转换效率。在钙钛矿太阳能电池的制备工艺中，溶液旋涂法由于其方法简单、成本低廉的特点，被广泛应用于实验室小面积(1cm²)制备钙钛矿太阳能电池器件。对于柔性器件，由于其基底表面的高粗糙度以及不耐高温的特点，导致采用旋涂法制备的柔性钙钛矿太阳能电池的薄膜质量依然远落后于刚性太阳能电池，并且由于表面更粗糙使得在柔性基底上通过旋涂法沉积的钙钛矿薄膜更难保证完全覆盖以及均匀性，从而使得旋涂法制备大面积柔性钙钛矿相比于原本就有难度的刚性大面积器件更加困难。

为提升器件性能，现在更多的研究侧重于解决钙钛矿表面与晶界的缺陷态问题，研究表明，在钙钛矿的表面以及晶界处蛰伏着更多的深能级缺陷作为非辐射复合中心，影响着器件性能。针对这个问题，在表面构建2D/3D(二维/三维)异质结结构成为了大多数研究所青睐的表面处理方法，利用大阳离子溶液对碘化铅过量的钙钛矿表面进行后处理，形成的低维钙钛矿被验证能够改变界面处钙钛矿的能级结构，使得钙钛矿的能级与空穴传输层更加匹配，从而提升空穴的抽取能力，最终提升器件开路电压。虽然2D结构已广泛应用于各高效率钙钛矿太阳能电池的界面处理中，但是2D结构的形成也会导致一系列问题。一般采用有机卤素盐对钙钛矿上表面进行后处理，所形成的多样性结构显示出不同的低维结构形成能，而低维结构钙钛矿相比于三维结构的钙钛矿具有更宽的禁带宽度(≈2.4eV)，更高的激子结合能(300-500meV)以及横向上更规则的有机骨架排布。这会导致传统2D/3D混合结构相比于纯3D结构的钙钛矿具有更窄的吸光窗口，更难实现电荷分离，电荷在纵向上的传输受到绝缘有机骨架阻碍从而导致器件效率损失。从实验中发现，常用的有机卤素盐例如苯乙基碘化胺(PEAI)、苯甲基碘化胺(PMAI)等在加热的条件下极易生成低维物质。虽然为了提高效率，实验中尽量避免对大阳离子进行退火处理，但是正是由于常见有机卤素盐在热、光等条件下的不稳定性，以及不均匀分解的特性，使得最后制备的柔性大面积器件难以维持高效率与稳定性。

因此，如何调控表面有机卤素大阳离子盐使之维持较为稳定且均匀的状态成为了柔性大面积钙钛矿太阳能电池器件亟需解决的一个问题。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种表面处理提高大面积柔性钙钛矿太阳电池性能的方法，有效抑制PMAI因外界面环境变化引发的低维钙钛矿结构转变，提升钙钛矿薄膜的均匀性，实现大面积高效率的柔性钙钛矿太阳能电池。

本发明具体技术方案如下：

一种表面处理提高大面积柔性钙钛矿太阳电池性能的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、在柔性基底上依次制备电子传输层和3D有机无机杂化钙钛矿薄膜；