[发明专利]一种钙钛矿太阳电池

说明书

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池。本发明提供了一种钙钛矿太阳电池，包括由下到上依次层叠设置的底层基板、底电极层、空穴传输层、钝化层、钙钛矿光活性层、界面修饰层、电子传输层、缓冲层和顶电极层；所述界面修饰层的材料为双(2‑羟乙基)二甲基氯化铵。所述钙钛矿太阳电池中的界面修饰层的材料能够很好地对钙钛矿表面缺陷进行钝化，进而提高太阳电池的稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池。

背景技术

近年来，金属卤化物钙钛矿材料在太阳能电池领域引起了广泛的关注，其功率转换效率在短短几年内已达到25.7％，已经接近晶体硅太阳电池的最佳效率。但随着其效率逐渐接近肖克利-奎伊瑟极限，进一步的提升变得更加困难。在窄带隙电池层叠加宽带隙材料构成叠层电池，可以拓展电池的光谱响应，最大限度地利用太阳能，进而突破单结电池理论极限。宽带隙钙钛矿(1.65～1.75eV)顶电池质量是制备高效串联太阳能电池的关键因素。宽带隙钙钛矿是通过在晶格中用溴部分取代碘而获得的，在光照下容易分离成不同的卤化物相，局部改变带隙，不仅对叠层电池电流匹配产生不利影响，同时会损害电池的长期稳定性。研究表明，卤化物偏析与钙钛矿表面和晶界缺陷以及离子迁移之间存在很强的相关性。作为含有正电荷和负电荷的离子混合物，钙钛矿表面是一个强烈敏感的界面，受加工细节和环境条件的影响。复杂的溶液前驱体组成和快速加热退火会使钙钛矿光吸收层表面形成大量缺陷，这些缺陷包括固有的点缺陷、未配位的Pb²⁺以及加热退火过程中有机阳离子(MA⁺/FA⁺)挥发形成的空位缺陷等，这些缺陷会导致界面电荷俘获、非辐射复合以及滞后，在外在应力影响下，缺陷状态会导致电荷积累和离子迁移，从而导致材料晶格的破坏。考虑到卤化物钙钛矿材料离子键合的本性，分子修饰成为钝化其表面缺陷的重要手段。目前可以钝化钙钛矿缺陷的材料被陆续报道，陈等人采用4-氟-苯基乙基碘化铵作为双功能试剂，用于宽带隙钙钛矿的定向结晶和缺陷钝化，提高结晶度的同时在钙钛矿晶界和表面自发形成RP型2D钙钛矿，减少缺陷并保护钙钛矿薄膜免受水分侵蚀。周等人(Zhou Y,Wang F,Cao Y,et al.Benzylamine-treated wide-bandgap perovskite with high thermal-photostability and photovoltaic performance[J].Advanced EnergyMaterials,2017,7(22):1701048.)采用苄胺分子对宽带隙钙钛矿薄膜进行后处理，可以很好地钝化薄膜表面和晶界处的高密度缺陷，从而抑制薄膜的分解及光致相偏析问题。李等人(Li H,Shi J,Deng J,et al.Intermolecularπ–πconjugation self-assembly to stabilize surfacepassivation of highly efficient perovskite solar cells[J].Advanced materials,2020,32(23):1907396.)在钙钛矿表面引入三苄基氧化膦，通过钙钛矿表面上的强-P＝O-Pb配位和分子间π-π共轭来实现钙钛矿表面钝化。熊等人(Xiong J,Liu N,Hu X,etal.Bulk Restructure of Perovskite Films via Surface Passivation for High-Performance Solar Cells[J].Advanced Energy Materials,2022,12(33):2201787.)提出采用N-苄氧羰基-D-缬氨酸对钙钛矿表面进行后处理，钙钛矿陷阱态被显着消除，并引起晶粒二次生长，导致结晶度提高。然而，在大多数情况下，报道的钝化剂只能钝化一种类型的缺陷，钝化的效果有限，因此，开发一种多功能分子对钙钛矿多种缺陷进行钝化十分重要。另外，从结构上来讲，钙钛矿太阳能电池由多层功能层材料构成，钙钛矿活性层在吸收太阳光后产生的载流子在传输过程中，能否顺利通过各个界面很大程度上取决于能级结构是否匹配。因此界面处的能级优化是电池除了提高晶体质量之外获得高效电池的另一关键因素。

发明内容