[发明专利]一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法。本发明通过在钙钛矿单晶薄膜表面沉积硅烷，硅烷分子之前可发生相互交联，在钙钛矿单晶表面形成一层保护层，同时其暴露出来的巯基端基也可与单晶表面裸露的Pb进行配位，从而提高钙钛矿单晶光伏电池性能及空气稳定性。通过本发明有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法构建得到的MAPbI₃单晶光伏电池的光电转化效率可达22.18％，并在空气环境中保持800h稳定。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

太阳能电池是一种将太阳光能量转换为电能的器件。钙钛矿作为一种新型的半导体材料，具有较大的吸光系数、较高的载流子迁移率及寿命、较长的载流子扩散长度等有点，是太阳能电池领域的一大候选材料。且其原料制备方法简单，可采用溶液法低温制备，相比于商用硅电池，成本将有很大程度的降低。

现钙钛矿多晶薄膜太阳能电池的实验室效率已达25.7％，而多晶存在诸多晶界，相比而言，钙钛矿单晶不存在晶界，体缺陷密度显著降低，载流子扩散长度也显著提高，理应可以达到更高的光电效率。单晶钙钛矿太阳能电池主要使用MAPbI₃作为光吸收层，其实验室最高效率可达22.1％，高于同组分多晶电池(21.8％)。虽然如此，MAPbI₃单晶仍然存在严重的表界面问题，制约其效率的进一步发展，实验表明其表面的缺陷要高于同组分多晶，而对于比表面积较高的薄膜电池而言，其表面缺陷将很大程度的影响整体的载流子传输。同时由于MAPbI₃分子中MA⁺的亲水性，材料很容易与水发生水解反应，生成近似于绝缘体的水合物，严重影响器件的性能。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，在钙钛矿单晶表面引入有机硅薄层，其中的N和S原子的孤对电子可与晶体表面的原子配位，在进行缺陷钝化的同时，硅烷之间发生交联覆盖在晶体表面，起到显著的防水作用，从而提高钙钛矿单晶光伏电池的性能和空气稳定性。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明提供了一种有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，包括以下步骤：

(1)在导电衬底上沉积空穴传输层；

(2)采用空间限域法结合逆温结晶法在沉积了空穴传输层的导电衬底上生长钙钛矿单晶薄膜；

(3)在钙钛矿单晶薄膜表面旋涂硅烷溶液，待硅烷溶液的溶剂挥发后硅烷沉积在钙钛矿单晶薄膜表面；

(4)依次蒸镀电子传输层、空穴阻挡层和金属电极。

第二方面，本发明提供了一种钙钛矿单晶光伏电池，基于上述有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法构建得到。

第三方面，本发明提供了上述有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法和上述钙钛矿单晶光伏电池在光电转化中的应用。

上述本发明的一种或多种技术方案取得的有益效果如下：

(1)本发明提供的有机硅界面修饰提高钙钛矿单晶光伏电池性能的方法，通过硅烷分子之间发生交联以起到阻挡水分入侵的作用，同时利用硅烷分子中的端基巯基基团与单晶表面的未配位离子发生相互作用钝化缺陷，提高钙钛矿单晶光伏电池性能，使得最优选的钙钛矿单晶光伏电池效率可以达到22.18％。