[发明专利]基于埋底界面修饰的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于埋底界面修饰的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，本发明在常规锡基钙钛矿太阳能电池的基础上，引入1‑羧甲基‑3‑甲基咪唑氯盐（ImAcCl）对埋底界面进行修饰。修饰后的空穴传输层表面粗糙度降低，获得了高结晶度及平整致密的锡基钙钛矿薄膜。同时，ImAcCl能够与锡基钙钛矿发生作用，抑制Snsupgt;2+/supgt;氧化、降低缺陷态密度，最终提高锡基钙钛矿光伏器件性能。

技术领域

本发明属于光电子材料技术领域，尤其涉及一种基于埋底界面修饰的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

卤化铅钙钛矿在光伏领域显示出了巨大的前景，在过去的十年中，其光电转换效率（PCE）提升迅速。然而，铅的毒性对环境及人体有极大危害，发展无铅钙钛矿太阳能电池成为重要趋势。其中，锡（Sn）基钙钛矿由于具有与铅基钙钛矿相似的晶体结构以及更为优越的光电性能，如合适的光学带隙、较低的激子束缚能和较高的载流子迁移率等，被认为是铅基钙钛矿理想的替代材料。但是Sn基钙钛矿还面临结晶难以控制、易被氧化、缺陷密度高等问题，使光伏器件性能受到严重制约。

为了解决上述问题从而进一步提高锡基钙钛矿太阳能电池的性能，科研人员提出了多种策略，包括：添加剂工程、界面工程、组分工程等。其中界面工程被广泛报道，但是许多研究主要集中在钙钛矿薄膜与电子传输层之间的顶部界面上，锡基钙钛矿太阳能电池的埋底界面修饰尚未得到充分的研究。事实上，埋底界面不仅影响载流子提取，也会影响其上沉积的钙钛矿薄膜的结晶过程。目前报道的锡基钙钛矿太阳能电池大多采用倒置结构，空穴传输层常采用poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) ，即PEDOT:PSS，其具有吸湿性和酸性，容易破坏钙钛矿薄膜产生大量缺陷。另一方面空穴传输层与钙钛矿接触的埋底界面对钙钛矿的结晶与界面缺陷有较大影响，粗糙的空穴传输层表面会导致与钙钛矿薄膜的接触变差，从而影响器件性能。通过埋底界面改性，有望改善界面接触，调控薄膜的结晶过程，减少缺陷浓度并抑制Sn²⁺的氧化，有利于器件性能的提高。然而截至目前关于锡基钙钛矿太阳能电池埋底界面的报道非常有限，光伏器件的性能仍不理想。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的在于提供一种埋底界面改性提升锡基钙钛矿太阳能电池光伏性能的方法，通过调控结晶、抑制氧化、减少缺陷等多方面提升器件性能，以推进锡基钙钛矿太阳能电池的实际应用。

具体的，本发明提供了一种基于埋底界面修饰的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法。将均匀沉积的氧化铟锡ITO玻璃作为电池阳极，在ITO上沉积一层PEDOT:PSS薄膜，作为空穴传输层，在空穴传输层上旋涂1-羧甲基3-甲基咪唑氯盐（ImAcCl）溶液作为埋底界面修饰层，在埋底界面修饰层上沉积一层钙钛矿作为光吸收层，在光吸收层上沉积一层[6, 6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PCBM）作为电子传输层，在电子传输层上沉积一层浴铜灵（BCP）作为缓冲层，在缓冲层上通过真空蒸镀一层银膜作为电池的阴极；所述钙钛矿光吸收层为甲脒锡碘溴钙钛矿薄膜。

进一步的，使用旋涂法制备空穴传输层，将PEDOT:PSS滴加到预处理的导电基底上，以每分钟4000-6000转的转速旋涂30秒，然后100-160℃退火15-30分钟，形成空穴传输层。

更进一步的，氧化铟锡ITO玻璃的预处理过程具体为：依次采用洗涤剂、蒸馏水、乙醇、丙酮和异丙醇清洗ITO导电玻璃，氮气吹干，然后用臭氧等离子体处理15分钟。

进一步的，使用旋涂法制备埋底界面修饰层，将浓度为1.0-8.0mg/mL的1-羧甲基3-甲基咪唑氯盐的甲醇溶液滴加到空穴传输层上，以每分钟4000-6000转旋涂30秒，之后70-90℃退火10-20分钟，制得埋底界面修饰层。