[发明专利]一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法

摘要

本发明涉及一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法，在空穴传输层的溶液中添加DMSO溶液(溶解钙钛矿前驱体物质的溶剂)，后经旋涂法制得空穴传输层。由于DMSO中的氧原子含有孤对电子，可通过静电相互作用有效地结合钙钛矿晶界处裸露的未成键的CH₃NH₃⁺，改善钙钛矿晶体的结晶质量，进而提高钙钛矿薄膜的光吸收能力；另由于DMSO可以溶解钙钛矿薄膜，则部分空穴传输材料就会渗透在钙钛矿层的表面形成一层钙钛矿和空穴传输材料相互渗透的混合层，使得这两层之间接触更加紧密，避免了层层之间存在空洞、针眼等不良接触现象的出现。综上所述，DMSO添加到HTM中同时完成了对钙钛矿成膜质量和层层之间接触情况的改善，有效地提高了PSCs的光电性能。

主权项

1.一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，所述太阳能电池包括自下而上依次叠加的电子传输层(4)、钙钛矿层(3)、混合层(2)和空穴传输层(1)，以及电子传输层(4)下面的氧化铟锡导电玻璃，空穴传输层(1)上的Au金属薄膜背电极；其特征在于：所述太阳能电池在钙钛矿层(3)与空穴传输层(1)之间形成了混合层(2)；所述混合层(2)为部分空穴传输材料渗透在钙钛矿层的表面形成的，厚度为50‑60纳米；所述电子传输层(4)为TiO₂，厚度为50‑70纳米，所述空穴传输层(1)为spiro‑OMeTAD，厚度为200‑300纳米；所述钙钛矿层(3)厚度200‑350纳米；所述制备方法的步骤如下：步骤1、处理ITO玻璃：将清洗后的ITO玻璃相继在去离子水、无水乙醇和丙酮中各自超声处理10‑15min后采用氮气吹干，再UV处理15‑20min；步骤2、旋涂电子传输层：将TiO₂溶液在ITO玻璃上以4000转/分钟的速率旋涂60秒，接着在空气中120‑150℃下退火10‑15min，冷却至室温，得到致密的TiO₂层；步骤3、旋涂钙钛矿光吸收层：将具有致密的TiO₂层的ITO玻璃置于手套箱内，将钙钛矿前驱体溶液滴在TiO₂层上，以3000转/分钟的速率旋涂60秒，在旋涂进行到20秒时添加氯苯溶液，旋涂完成后在80‑100℃下加热10‑15min，得到钙钛矿薄膜光吸收层；所述钙钛矿前驱体溶液是指：将等摩尔比的CH₃NH₃I和PbI₂加入到体积比为7:3的γ‑丁内酯和DMSO的混合溶剂中搅拌均匀得到钙钛矿前驱体溶液；步骤4、采用“DMSO/HTM方法”旋涂制得空穴传输层：将浓度为2.0μL/mL的DMSO/HTM混合溶液滴在钙钛矿薄膜上光吸收层上，以5000转/分钟的速率旋转40秒，在空气中静置8‑12小时，得到空穴传输层，此时部分空穴传输材料渗透在钙钛矿层的表面形成混合层；所述的2.0μL/mL的DMSO/HTM混合溶液的配制过程为：采用1mL的氯苯溶解HTM，然后每毫升的HTM溶液中添加2.0μL的DMSO溶液得到DMSO/HTM混合溶液；所述的HTM溶液配制过程为：每毫升的氯苯中溶解80mg spiro‑OMeTAD、17μL含双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液和28.5μL 4‑叔丁基吡啶；其中含双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液配比为每毫升乙腈溶液中溶解520mg的双三氟甲烷磺酰亚胺锂；步骤5、蒸镀电极：在空穴传输层上蒸镀一层100nm厚的Au金属薄膜作为背电极，得到平面异质结钙钛矿太阳能电池。