[发明专利]一种具有多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明太阳能电池包括从下至上依次排列的导电衬底、空穴传输层、多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜、电子传输层以及金属对电极层；所述多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的制备方法包括步骤：将马来酰亚胺基己酰肼单(三氟乙酸)盐的异丙醇溶液旋涂在锡基钙钛矿薄膜表面上，然后经退火处理即得。本发明方法实现了对锡基钙钛矿薄膜上表面带电缺陷有效的钝化，从而提高载流子寿命及薄膜稳定性；同时调节表面能级排列以实现体相到表面的带弯曲，提高界面电子注入与传输效率。本发明方法有效地提高了太阳能电池的光电转换效率及稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近些年来，作为光伏发电领域的后起之秀的钙钛矿太阳能电池迅猛发展，光电转换效率从2009年首次报道的3.8％快速攀升至目前的25.7％，可以与商业化的硅基太阳能电池相媲美。然而稳定性和环境友好兼容性是钙钛矿光伏器件产业化面临的两大问题。目前报道的高效率的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池是基于铅基钙钛矿材料，不可避免的存在铅泄漏的问题，因此亟需寻求一种绿色无毒的无铅钙钛矿材料。

目前所研究的无铅钙钛矿材料中，锡基钙钛矿材料由于具有与铅基钙钛矿相似的电子及晶体结构、较低的激子结合能及窄的光学带隙，被认为是替代铅基钙钛矿最具潜力的无铅钙钛矿材料之一。但是一方面，二价锡易氧化为四价锡，更为严重的是由于锡基钙钛矿过快的结晶造成的表面大量未配位的离子缺陷，会加速二价锡的氧化，造成严重的非辐射复合损失，损害薄膜的稳定性。另一方面由于高密度的锡空位造成的P型自掺杂效应，在钙钛矿与电子传输层界面存在较大的电子传输势垒，造成界面载荷复合损失，严重影响器件性能。

为了解决上述问题，提出本发明。

发明内容

针对锡基钙钛矿薄膜表面高缺陷态密度、二价锡容易氧化及P型自掺杂造成的钙钛矿/电子传输层界面载荷复合损失严重的技术问题，本发明提供一种具有多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明方法是在锡基钙钛矿薄膜上表面引入马来酰亚胺基己酰肼单(三氟乙酸)离子盐钝化层，实现对上表面带电缺陷有效的钝化，从而提高载流子寿命及薄膜稳定性；同时调节表面能级排列以实现体相到表面的带弯曲，提高界面电子注入与传输效率；此外疏水的三氟甲基基团及长链烷基在锡基钙钛矿薄膜表面形成疏水屏障。本发明上述离子盐表面处理策略有效地提高了锡基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率及稳定性。

本发明的技术方案如下：

一种具有多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的锡基钙钛矿太阳能电池，包括从下至上依次排列的导电衬底、空穴传输层、多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜、电子传输层以及金属对电极层；

所述多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜的制备方法包括步骤：将马来酰亚胺基己酰肼单(三氟乙酸)盐的异丙醇溶液旋涂在锡基钙钛矿薄膜表面上，然后经退火处理即得多功能离子盐表面处理锡基钙钛矿薄膜。

根据本发明，导电衬底、空穴传输层、电子传输层以及金属对电极层按现有技术即可。

根据本发明优选的，导电衬底为氧化铟锡(ITO)透明导电衬底。

根据本发明优选的，空穴传输层为聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)，厚度为30-40nm。

根据本发明优选的，电子传输层从下至上由富勒烯(C₆₀)层、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)层构成；富勒烯(C₆₀)层的厚度为20-40nm，2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(BCP)层的厚度为4-6nm。

根据本发明优选的，金属对电极层为银(Ag)对电极，厚度为80-120nm。