一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，具体是一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(pscs)以其高光电转换效率(pce)、高缺陷耐受性和易于制备等优点受到研究者广泛关注。pscs的电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层主要通过逐层方式沉积，层间界面不可避免地成为缺陷富集地，极大地影响着pscs效率、稳定性和迟滞等性质。虽然目前钙钛矿太阳能电池的相关研究和报道较多，但目前钙钛矿太阳能电池仍面临着一系列亟待解决的问题，其中稳定性是其核心问题，为了推进钙钛矿太阳能电池的pce接近shockley queisser限制，有必要进一步研究消除钙钛矿吸收剂中的缺陷问题，在提高效率的同时提高器件的稳定性。因此，对钙钛矿薄膜层缺陷的控制，是当前一个重要的挑战和机遇。通过研究对钙钛矿薄膜缺陷的控制与稳定性之间的关系，有助于解决钙钛矿太阳能电池的稳定性的问题。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中稳定性较差的的问题，本发明的目的是提供一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池，能够通过包含有机路易斯碱分子、三(五氟苯基)硼烷的钝化剂，减少激子的非辐射复合，提升稳定性。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池，包括以下步骤：

3、步骤一，准备氧化铟锡玻璃作为基底，在氧化铟锡玻璃上旋涂二氧化钛前驱液，二氧化钛前驱液的成分包括钛酸四异丙酯、乙醇和盐酸，对氧化铟锡玻璃进行加热退火后冷却至室温以在氧化铟锡玻璃上形成致密二氧化钛薄膜；

4、步骤二，在致密二氧化钛薄膜上旋涂聚乙烯亚胺，准备钙钛矿溶液，钙钛矿溶液包含碘化铅、碘甲胺和n,n-二甲基甲酰胺，将钙钛矿溶液旋涂至聚乙烯亚胺上以形成钙钛矿层；

5、步骤三，在钙钛矿层上旋涂钝化剂后退火，钝化剂包含有机路易斯碱分子、三(五氟苯基)硼烷和异丙醇；

6、步骤四，在钙钛矿层上蒸镀c60/bcp双层膜以及金属电极。

7、采用上述方案后实现了以下有益效果：光入射至高钙钛矿太阳能电池表面时，当光子的能量大于钙钛矿材料禁带宽度时激发钙钛矿材料产生载流子，该自由载流子通过空穴传输层和电子传输层的异质结接触所形成的内建电场抽取，并传输至导电基底和金属电极两端，从而在外电路形成光生电流，进而实现太阳能发电。

8、氧化铟锡玻璃作为导电基底，通过二氧化钛前驱液高温退火制得致密二氧化钛薄膜作为为电子传输层，乙烯亚胺能够对电子传输层进行修饰增加界面连接效果。之后通过钙钛矿溶液旋涂，生成mai-pbi2-dmf中间相，再通过加热去除n,n-二甲基甲酰胺，生成高质量的钙钛矿薄膜晶体作为钙钛矿层。

9、在钙钛矿层上旋涂钝化剂，钝化剂能够钝化或减少钙钛矿薄膜表面和内部存在的缺陷，降低激子的非辐射复合，进而提高电池效率并增强稳定性。有机路易斯碱分子材料具有多配位点，能够与钙钛矿表面的pb2+离子形成“o-pb”或“n-pb”配位键，能够有效降低钙钛矿薄膜表面的缺陷度，进而降低激子的非辐射复合，促进稳定性。三(五氟苯基)硼烷则作用于界面修饰，以改善与电极的欧姆接触，增强光电转化效率。采用该发明在相对湿度为±12％，低氧环境中储存40天后，测试器件的稳定性结果表明，器件显示出优异的长期稳定性，根据不同有机路易斯碱材料配置的钝化剂，其效率保持原有效率的82％至88％。

10、进一步，二氧化钛前驱液中钛酸四异丙酯、乙醇和盐酸比例为9:125:1，盐酸的浓度为2mol/l。

11、有益效果：恰当的摩尔比保持致密氧化钛薄膜生成的同时，减少化学剂的浪费。

12、进一步，步骤一中对氧化铟锡玻璃进行加热的温度和时间分别为150℃和10至20min，退火的温度为500℃。

13、有益效果：150℃温度下对钛酸四异丙酯进行纯化，随后在退火对其进行高温煅烧，生成二氧化钛。

14、进一步，步骤二中，向钙钛矿溶液添加等量的spiro-ometad溶液制备成钙钛矿/spiro-ometad溶液。

15、有益效果：spiro-ometad为2,2,7,7-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴的缩写，spiro-ometad与钙钛矿溶液混合，使原位生长的相分离薄膜中的空穴传输材料包覆钙钛矿晶体，对外界水水分子进行阻挡，进而提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。

16、进一步，步骤二中在旋涂聚乙烯亚胺后，在基底边缘粘贴一圈聚酰亚胺胶带，以形成用于容纳溶液的溶液槽，向溶液槽内滴入钙钛矿/spiro-ometad溶液后加热定型。

17、有益效果：通过粘贴一圈聚酰亚胺胶带，形成用于容纳溶液的溶液槽，将钙钛矿/spiro-ometad溶液滴入后加热，生成相互分离的钙钛矿层和空穴传输层混合薄膜。

18、进一步，步骤二中加热定型的过程为向溶液槽上覆盖用于约束钙钛矿/spiro-ometad溶液的约束膜，在100℃下预热30s至60s，撕去约束膜保持100℃加热20min。

19、有益效果：约束膜能够在成型前期过程中辅助固定溶液槽内钙钛矿层成型的形态，在预热成型一部分后，将约束膜撕下，避免钙钛矿层成型后与约束膜粘结为一体。

20、进一步，有机路易斯碱分子为2,2'-联吡啶、4-羟基-1,5-萘啶-3-甲腈和噻吩酰三氟丙酮中的一种。

21、有益效果：2,2'-联吡啶、4-羟基-1,5-萘啶-3-甲腈和噻吩酰三氟丙酮均为有机双齿路易斯碱材料，具有双配位点。

22、进一步，步骤三中退火的温度为100℃，退火后对钙钛矿层表面进行清洗并干燥。

23、有益效果：退火后对钙钛矿层表面进行清洗并干燥，以减少杂质对电极连接的干扰。

24、进一步，根据权利要求1至权利要求8所述方法制备的钙钛矿太阳能电池。

25、有益效果：采用1至权利要求8所述方法制备的钙钛矿太阳能电池，能够提升钙钛矿太阳能电池的稳定性，延长使用寿命。

技术特征：

1.一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：二氧化钛前驱液中钛酸四异丙酯、乙醇和盐酸比例为9:125:1，盐酸的浓度为2mol/l。

3.根据权利要求2所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：步骤一中对氧化铟锡玻璃进行加热的温度和时间分别为150℃和10至20min，退火的温度为500℃。

4.根据权利要求3所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：步骤二中，向钙钛矿溶液添加等量的spiro-ometad溶液制备成钙钛矿/spiro-ometad溶液。

5.根据权利要求4所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：步骤二中在旋涂聚乙烯亚胺后，在基底边缘粘贴一圈聚酰亚胺胶带，以形成用于容纳溶液的溶液槽，向溶液槽内滴入钙钛矿/spiro-ometad溶液后加热定型。

6.根据权利要求5所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：步骤二中加热定型的过程为向溶液槽上覆盖用于约束钙钛矿/spiro-ometad溶液的约束膜，在100℃下预热30s至60s，撕去约束膜保持100℃加热20min。

7.根据权利要求6所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：有机路易斯碱分子为2,2'-联吡啶、4-羟基-1,5-萘啶-3-甲腈和噻吩酰三氟丙酮中的一种。

8.根据权利要求7所述的提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法，其特征在于：步骤三中退火的温度为100℃，退火后对钙钛矿层表面进行清洗并干燥。

9.一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：根据权利要求1至权利要求8所述方法制备的钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本发明公开了钙钛矿太阳能电池领域的一种提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的方法及钙钛矿太阳能电池，包括准备氧化铟锡玻璃作为基底，在氧化铟锡玻璃上旋涂二氧化钛前驱液，二氧化钛前驱液的成分包括钛酸四异丙酯、乙醇和盐酸，对氧化铟锡玻璃进行加热退火后冷却至室温以在氧化铟锡玻璃上形成致密二氧化钛薄膜，在致密二氧化钛薄膜上旋涂聚乙烯亚胺，准备钙钛矿溶液，将钙钛矿溶液旋涂至聚乙烯亚胺上加热定型以形成钙钛矿层，在钙钛矿层上旋涂钝化剂后退火，钝化剂包含有机路易斯碱分子、三(五氟苯基)硼烷和异丙醇，采用本发明的技术方案，能够通过包含有机路易斯碱分子、三(五氟苯基)硼烷的钝化剂，减少激子的非辐射复合，提升稳定性。

技术研发人员：王生钊,龚裴,张云云,乔崇,杨林坡,方世超,陈岩,郭学军,牛玉俊,陈兰莉,白守燕
受保护的技术使用者：南阳理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21