[发明专利]一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p-i-n型钙钛矿器件

说明书

本发明提供一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p‑i‑n型钙钛矿器件，所述钙钛矿薄膜由钙钛矿前驱体溶液在导电基底上沉积形成，所述钙钛矿前驱体溶液中添加有空穴传输材料。本发明在钙钛矿前驱体溶液中添加空穴传输材料，利用空穴传输材料的自迁移性质促进钙钛矿与导电基底接触面的空穴传输，并减少非辐射复合，同时钝化缺陷，可以在去掉空穴传输层的情况下，实现高效稳定的p‑i‑n型钙钛矿器件的制备。

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p-i-n型钙钛矿器件。

背景技术

近年来，p-i-n型钙钛矿太阳电池的研究取得了很大进展，而空穴的传输对于p-i-n型钙钛矿太阳电池器件的性能影响很大，目前p-i-n型钙钛矿器件的稳定性和工业化制备工艺受到当前空穴传输层的限制。常用的空穴传输层材料(HTL)可分为有机和无机材料，有机空穴传输材料成本较高，导电性差，在大面积基材上难以沉积，并且在潮湿和高温环境中可能降解；而无机空穴传输层材料往往需要比较高的退火温度，以达到高质量的结晶和高效的空穴传输效率，制备工艺复杂。而自组装单分子层材料(SAMs)可以解决上述两种材料的技术痛点，但是SAMs传输材料具有单层吸附的原理，容易隧穿或者形成空洞，影响了器件的稳定性。

为了解决空穴传输层材料的缺点，现有技术提出了免空穴传输层的技术方案，主要方法是去掉传统的HTL或单独在界面沉积一层有空穴传输能力的材料。但是在p-i-n型钙钛矿器件中，去掉透明导电氧化物TCO和钙钛矿之间的空穴传输层时，二者直接接触，形成肖特基接触，接触界面产生缺陷并形成费米能级定扎，形成损耗区和能带弯曲，当能带向下弯曲的时候，空穴传输存在势垒使传输困难；同时，因为没有空穴传输层也就是电子阻隔层，界面失去了选择性，电子将会与空穴结合形成非辐射复合；此外，因为理想的开压是由空穴传输层和电子传输层的准费米能级之差决定的，但因为缺陷的存在，非辐射复合增多，以及准费米能级定扎等原因，使得开压损失，这些问题会导致器件的光电转化效率低。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是如何在无空穴传输层情况下提高p-i-n型钙钛矿器件中钙钛矿和导电基底的空穴传输，实现高效稳定的钙钛矿太阳电池器件的制备。

为解决上述问题，本发明第一方面提供一种钙钛矿薄膜，用于无空穴传输层的p-i-n型钙钛矿器件，所述钙钛矿薄膜由钙钛矿前驱体溶液在导电基底上沉积形成，所述钙钛矿前驱体溶液中添加有空穴传输材料。

本发明在钙钛矿前驱体溶液中添加空穴传输材料，利用空穴传输材料的自迁移性质促进钙钛矿与导电基底接触面的空穴传输，并减少非辐射复合，同时钝化缺陷，可以在去掉空穴传输层的情况下，实现高效稳定的p-i-n型钙钛矿器件的制备。

进一步地，所述钙钛矿前驱体溶液中添加的所述空穴传输材料选自MeO-2PACz、2PACz、Me-4PACz、Me-2PACz、Br-4PACz、Br-2PACz、PEDOT:PSS、PTAA、NiO_X、CuO_X、CuSCN、poly-TPD中的至少一种。

在钙钛矿前驱体溶液中加入一定浓度的自组装单分子材料或传统有机空穴传输材料或传统无机空穴传输材料，能在无空穴传输层的p-i-n型钙钛矿器件中提高钙钛矿和导电基底接触处的空穴传输并钝化缺陷，同时调控结晶过程，提升晶体质量，改善钙钛矿薄膜光电性能和体表缺陷密度，并且减少了成膜时会发生的空洞现象。

进一步地，所述导电基底选自金属氧化物基底、金属基底、非金属氧化物、含有–Si(OR)₃，–P(OR)₃，–COOR，–SO₃R，–COR，–SH，–OR基团的基底中的一种，R选自H、F、Cl、Br、I、K、Na中的一种。