[发明专利]一种反式钙钛矿太阳能电池中的ZIF-67界面修饰层及反式钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明涉及一种反式钙钛矿太阳能电池中的ZIF‑67界面修饰层及反式钙钛矿太阳能电池，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。所述界面修饰层中的修饰材料为ZIF‑67金属有机骨架材料，其由如下方法制得：将六水合硝酸钴的甲醇溶液与浓度为2.5mM～10mM的2‑甲基咪唑的甲醇溶液混匀，得到一种混合溶液，其中，六水合硝酸钴与2‑甲基咪唑的摩尔比为1:40，过滤得到的滤液旋涂在导电基底上的PTAA空穴传输层上，清洗，干燥，得到了所述界面修饰层。所述界面修饰层位于反式钙钛矿太阳能电池中的PTAA空穴传输层与钙钛矿活性层之间，提升了粘附性，进而提升了反式器件的光电转换效率，以及反式柔型器件的弯折稳定性。

技术领域

本发明涉及一种反式钙钛矿太阳能电池中的ZIF-67界面修饰层及反式钙钛矿太阳能电池，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。

背景技术

钙钛矿具有载流子扩散长度长、容忍因子高、吸收系数大、激子结合能小等独特的光电学特性，引起了广泛关注。钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。钙钛矿太阳能电池分为n-i-p结构太阳能电池(也称正式结构)和p-i-n结构太阳能电池(也称反式结构)。

与n-i-p结构太阳能电池相比，p-i-n结构太阳能电池因其稳定的运行、较低的迟滞、可低温加工、成本低廉等特性近年来备受关注。然而，n-i-p结构太阳能电池和p-i-n结构太阳能电池都存在钙钛矿膜(也称钙钛矿活性层)与空穴传输层粘附性低的问题，这一问题在p-i-n结构太阳能电池中更为突出。由于钙钛矿膜与空穴传输层粘附性较低，钙钛矿膜较脆，钙钛矿膜与空穴传输层的界面接触差，导致了钙钛矿膜与空穴传输层的相互作用差，进而导致钙钛矿膜与空穴传输层界面缺陷较多，不利于载流子的传输。最终导致钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性均较差。特别是在柔性电池中，钙钛矿薄膜与空穴传输层之间的界面往往会在外加应力作用下引起分层或开裂。

目前，为了有效地提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和工作时长，研究人员一直在努力提高钙钛矿膜和传输层之间的界面粘附力，进而优化器件的性能。对此，本领域在n-i-p结构太阳能电池的研究较多，如Reinhold H.Dauskardt的团队的研究表明，钙钛矿太阳能电池中的增强支架可以使钙钛矿层与载流子传输层之间的接触更加紧密，进而提升钙钛矿膜和传输层之间的界面粘附力；同时增强支架还可以作为保护钙钛矿薄膜免受机械应力的屏障。Nitin P.Padture和他的同事们创造了粗大晶粒的钙钛矿薄膜，以提高粘附性，进而提高器件效率和机械可靠性。周媛媛等通过合成钙钛矿/SnO₂互穿界面，提高了粘附性，进而提高了柔性电池的效率和长期运行稳定性。界面修饰材料——二碘酸组胺也有同样的效果，即二碘酸组胺能够提高钙钛矿膜与电子传输层的界面接触，进而提高了粘附性。虽然上述列举的四个方案可以提高钙钛矿吸收层和传输层粘附性，但它们只适用于具有n-i-p结构的钙钛矿太阳能电池。针对p-i-n结构太阳能电池，上述列举的四个方案并不适用，且目前尚未发现能够用于p-i-n结构的器件的界面修饰材料，以改善p-i-n结构的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和反式柔性器件的弯折性能。

ZIF-67金属有机骨架材料因其比表面积大、活性位点多，通常被应用于催化领域，目前尚未发现ZIF-67金属有机骨架材料在钙钛矿太阳能电池中作为界面修饰材料的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种反式钙钛矿太阳能电池中的ZIF-67界面修饰层及反式钙钛矿太阳能电池，所述界面修饰层位于反式钙钛矿太阳能电池的空穴传输层与钙钛矿活性层之间，能够提高空穴传输层与钙钛矿活性层的粘附性，改善界面性质，从而提高反式钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和反式柔性器件的弯折稳定性。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。