CN107104189A - 钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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CN107104189A CN201610097265.7A CN201610097265A CN107104189A CN 107104189 A CN107104189 A CN 107104189A CN 201610097265 A CN201610097265 A CN 201610097265A CN 107104189 A CN107104189 A CN 107104189A
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李雪原
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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，其包括阴极、钙钛矿吸光层和阳极，所述阳极与钙钛矿吸光层之间还设有电极界面修饰层，所述电极界面修饰层包含能与所述钙钛矿吸光层反应而促进钙钛矿晶体结晶性的原子和/或离子，并且所述电极界面修饰层还用以改善所述阳极的表面粗糙度和形貌。本发明还公开了所述钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法。本发明通过在钙钛矿薄膜太阳能电池的结构中设置电极界面修饰层，可以有效提升器件的性能和可重现性，且其制备工艺简单可控，原料廉价易得，适于大面积柔性制备钙钛矿太阳能器件。

Description

钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，属于光电功能材料及器件技术领域。
背景技术
近几年来，有机无机杂化的钙钛矿太阳能电子因其具有可溶液性，低消耗和较高的器件效率引起大家的广泛关注。特别是器件的效率方面，单结的钙钛矿太阳能电池器件效率到目前已经超过了20％。随着器件效率的提升，器件的结构也在逐步演变，从和染料敏化电池结构类似的介孔结构，到具有致密电子传输层的平面异质结结构和后来的反式平面异质结结构。其中，反式平面异质结结构和有机太阳能结构相类似，具有可溶液化，工艺简单等优点，从而被大家广泛应用于实验室研究。
反式的平面异质结结构中包括透明电极，空穴传输层和钙钛矿吸光层以及上层的电子传输层，最上层为Al电极。这种器件结构简单，可以全溶液法制备，煺火温度低于120℃，对全溶液法大面积印刷工艺来讲具有潜在的应用前景，并且其效率也达到了15％以上，具有潜在的商业应用价值。
目前，影响钙钛矿器件商业化的一个重要原因是钙钛矿器件的稳定性和可重复性。在实验室制备反式平面器件的过程中发现，除去钙钛矿材料吸光层是影响电池效率的一大方面外，钙钛矿的空穴传输层对器件的效率和电池的稳定性也有很大的影响。
在反式的平面异质结器件结构中，常用3,4-乙撑二氧噻吩聚合物-聚苯乙烯磺酸盐PEDOT:PSS作为空穴传输层，它是商业化广泛使用的一类材料。但在实验过程中发现，这种空穴传输材料在空气中制备时，空气湿度对器件效率的影响明显，统计数据表明高效的器件重复性很差。利用无机材料代替上述空穴材料可以改善器件的重复性和稳定性，但该方案中器件的光电转换效率不高。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，以克服现有技术的不足。
为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：
本发明实施例提供了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，包括沿设定方向依次设置的阴极、钙钛矿吸光层和阳极，所述阳极与钙钛矿吸光层之间还设有电极界面修饰层，用以改善所述阳极的表面粗糙度和形貌，并促进所述钙钛矿吸光层内钙钛矿晶体的结晶性。
在一些实施方案中，所述阳极与电极界面修饰层之间设有空穴传输层。
在一些实施方案中，所述电极界面修饰层的材质包括离子型聚合物材料，例如可选自含有羧基、磺酸基、磷酸基单元中的至少一种的聚合物、所述聚合物的衍生物、所述聚合物的有机或无机盐，且不限于此。
本发明实施例还提供了一种制备所述钙钛矿薄膜太阳能电池的方法，其包括：
(1)提供阳极，并在所述阳极上制备形成电极界面修饰层；
(2)在所述电极界面修饰层上制备形成钙钛矿吸光层；
(3)在所述钙钛矿吸光层上设置阴极。
在一些实施方案中，所述的制备方法可以包括：采用印刷或涂布方式将电极界面修饰材料沉积在所述阳极上而形成所述电极界面修饰层。
在一些实施方案中，所述的制备方法还可以包括：在保护性气氛或空气中对制备形成的电极界面修饰层进行煺火处理，煺火温度为110-150℃，优选为120-135℃，煺火时间为5-20分钟，优选为8-12分钟。
与现有技术相比，本发明的优点包括：
(1)通过在钙钛矿吸光层与电极或者空穴传输层与钙钛矿吸光层的界面之间设置电极界面修饰层，修饰层材料中的磺酸基团和钙钛矿吸光层中的前驱液中的甲胺基团或金属离子反应，形成小而密的结晶位点，诱导结晶过程减少结晶缺陷，从而促进钙钛矿吸光层的晶体生长，提高了器件的性能和可重现性；
(2)采用的电极界面修饰材料可选用廉价易得的离子聚合物材料，材料的可溶性和可控性较好，可使用简单的印刷、旋涂工艺而于电极或空穴传输层表面形成电极界面修饰层，整个过程无需高温煺火，保证了整个器件的低温、可溶液法制作，适于大面积柔性制备钙钛矿太阳能器件电极界面修饰层煺火。
附图说明
图1是本发明一典型实施方案中一种钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2a-图2c是本发明实施例1中的PEDOT:PSS薄膜、PEDOT:PSS空穴传输层被溶剂水修饰后以及PEDOT:PSS空穴传输层被聚合物PSS钠盐修饰后的表面形貌的AFM图；
图3是本发明实施例1中的PEDOT:PSS空穴传输层被溶剂水、聚合物PSS钠盐和对比样的吸收图；
图4a-图4c是本发明实施例1中的钙钛矿薄膜，下层空穴传输层被溶剂水处理后的钙钛矿薄膜以及下层空穴传输层有聚合物修饰的钙钛矿的表面形貌的SEM图；
图5是本发明实施例1中的钙钛矿太阳能电池(如下简称钙钛矿器件)的J-V曲线图；
图6是本发明实施例1中的钙钛矿器件的重复性稳定性对比；
图7是本发明实施例2中的钙钛矿器件的J-V曲线图；
图8是本发明实施例3中的钙钛矿器件的J-V曲线图；
图9是本发明实施例4中的钙钛矿器件的J-V曲线图；
图10是本发明实施例5中的钙钛矿器件的J-V曲线图；
图11是本发明实施例6中的钙钛矿器件的J-V曲线图。
图12是本发明实施例7中的钙钛矿器件的J-V曲线图。
附图标记说明：1-阴极；2-电子传输；3-钙钛矿吸光层；4-电极界面修饰层；5-阳极；6-基底。
具体实施方式
鉴于现有技术中的不足，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
本发明实施例的一个方面提供了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，包括沿设定方向依次设置的阴极、钙钛矿吸光层和阳极，所述阳极与钙钛矿吸光层之间还设有电极界面修饰层，用以改善所述阳极的表面粗糙度和形貌，并促进所述钙钛矿吸光层内钙钛矿晶体的结晶性。
进一步的，藉由所述电极界面修饰层可以将所述阳极的粗糙度控制于Ra＜1.0(亦可认为是所述电极界面修饰层与阳极形成的复合层的表面粗糙度为0.5～1.0，表面更加平整)，以及相分离较为明显的表面形貌。
进一步的，本发明采用的电极界面修饰材料能够通过与钙钛矿半导体材料中的金属离子或甲胺基团进行配位，从而诱导钙钛矿晶体的生长，有效提高钙钛矿晶体的生长质量。
进一步的，所述电极界面修饰层内包含有能与所述钙钛矿吸光层反应而促进钙钛矿晶体结晶性的原子和/或离子。
进一步的，所述阴极与钙钛矿吸光层之间还设有电子传输层。
其中，所述电子传输层的材质包括聚合物和/或氧化物，例如，所述聚合物包括PCBM，所述氧化物包括ZnO，但均不限于此。
进一步的，所述阳极与钙钛矿吸光层之间设有电极界面修饰层，所述阳极与电极界面修饰层之间设有空穴传输层。
进一步的，所述电极界面修饰层包含有能够阻挡空穴传输材料对所述钙钛矿吸光层腐蚀的原子和/或离子。
进一步的，所述电极界面修饰层的材质包括离子型聚合物材料，例如可选自含有羧基、磺酸基、磷酸基单元中的至少一种的聚合物、所述聚合物的衍生物、所述聚合物的有机或无机盐，且不限于此。
优选的，所述电极界面修饰层的材质选自含有磺酸基的聚合物、所述聚合物的衍生物、所述聚合物的有机或无机盐。
优选的，所述电极界面修饰层的材质选自聚乙烯磺酸、聚乙烯磺酸的衍生物、聚乙烯磺酸的有机或无机盐。
其中，所述的有机盐包括有机铵盐，而所述的无机盐包括钾盐、钠盐或铵盐，但不限于此。
进一步的，所述电极界面修饰层的厚度为5-100nm，优选为15-55nm。
进一步的，所述电子传输层的厚度为30-60nm。
进一步的，所述阴极选自金属电极，例如，所述电极阴极可为金、银和铝等金属电极，可使用真空热蒸镀法制备。
为了测试方便，所述阴极可以是各种形式的，例如长条形和圆点形等。
优选的，所述阴极的厚度为80-100nm。
进一步的，所述空穴传输层的材质包括有机或无机半导体材料，例如，所述有机半导体材料包括P3CT-Na、3,4-乙撑二氧噻吩聚合物-聚苯乙烯磺酸盐或CPE-K等，但不限于此。
进一步的，所述阳极的材质选自透明导电材料，例如氧化铟锡、掺氟氧化锡、Ag网格透明导电膜中的任意一种或多种，但不限于此。
进一步的，所述阳极设置在透明基底上，其中所述透明基底的材质包括玻璃或PET，但不限于此。
进一步的，所述钙钛矿吸光层的材质可选自CH3NH3PbX，其中X包括Cl，Br，I等卤族元素中的任意一种或两种以上的组合。
较为优选的，所述钙钛矿吸光层的厚度为200-500nm。
进一步的，所述电极界面修饰层是经煺火处理过的，所述煺火处理是在保护性气氛或空气中进行的，煺火温度为110-150℃，优选为120-135℃，煺火时间为5-20分钟，优选为8-12分钟。
请参阅图1，如图所示是本发明的一典型实施例中一种钙钛矿薄膜太阳能电池(简称“钙钛矿器件”)的结构示意图，该器件可以包括阴极1、电子传输层2、钙钛矿吸光层3(亦称“钙钛矿活性层”)、阳极5和透明基底6，所述阳极5位于透明基底6的内侧表面，且所述阳极5上还设设置一层可以改变电极表面形貌的电极界面修饰层4，所述电极界面修饰层4可通过旋涂等方式形成于阳极5之上。
所述电极界面修饰层采用具有离子性的聚合物电极界面修饰层，利用该聚合物的离子性对电极和活性层之间的相互作用，可以提高太阳能电池的器件效率和可重复性以及器件稳定性。例如，所述电极界面修饰层4内的原子或离子可以和所述钙钛矿吸光层3反应促进钙钛矿晶体的结晶性。
与传统标准的反式平面异质结钙钛矿太阳能电池相比，本发明的电极界面修饰层位于电极和钙钛矿吸光层或者空穴传输层与钙钛矿吸光层的界面之间，利用所述电极界面修饰层可以明显改善电极或空穴传输层的表面粗糙度和形貌，促进钙钛矿吸光层的晶体生长。进一步的，所述电极界面修饰层还将空穴传输层和钙钛矿吸光层隔离开来，阻挡电子的传输而提高器件的性能和稳定性。
本发明实施例的另一个方面提供了一种制备钙钛矿薄膜太阳能电池的方法，其包括：
(1)提供阳极，并在所述阳极上制备形成电极界面修饰层；
(2)在所述电极界面修饰层上制备形成钙钛矿吸光层；
(3)在所述钙钛矿吸光层上设置阴极。
进一步的，所述的制备方法还可包括：在所述阳极先制备形成空穴传输层，再在所述空穴传输层上制备形成钙钛矿吸光层。
进一步的，所述的制备方法还可包括：在所述钙钛矿吸光层先制备形成电子传输层，再在所述电子传输层上设置所述阴极。
进一步的，所述的制备方法还可包括：采用印刷或涂布方式将电极界面修饰材料沉积在所述阳极上而形成所述电极界面修饰层。
在一些实施方案中，所述的制备方法包括：将电极界面修饰材料溶于溶剂中形成电极界面修饰材料溶液，之后将所述电极界面修饰材料溶液印刷或涂布在所述阳极上，而形成所述电极界面修饰层。
较为优选的，所述电极界面修饰材料溶液的浓度为0.1％-10％，其中采用的溶剂可包括水和/或醇，但不限于此。
在一些较佳实施方案中，所述的制备方法还可包括：在保护性气氛或空气中对制备形成的电极界面修饰层进行煺火处理，煺火温度为110-150℃，优选为120-135℃，煺火时间为5-20分钟，优选为8-12分钟。
和/或，所述电极界面修饰层4和阳极5之间可以有一层空穴传输层，所述的电极界面修饰层4内的原子或离子可以阻挡空穴传输材料对吸光层的腐蚀，进而提高器件稳定性；所述电极界面修饰层4材料选自离子型聚合物材料。
较为优选的，所述空穴传输层包括PEDOT:PSS或其他有机或无机半导体材料。
较为优选的，所述离子型聚合物材料包括含有羧基、硫酸基、磷酸基单元的聚合物及其有机或者无机盐。
优选的，所述有机盐包括有机铵盐，所述无机盐包括钾盐、钠盐、铵盐。
进一步的，所述电极界面修饰层4厚度为5-100nm，优选厚度为15-55nm。
进一步的，所述阳极5材料选在氧化铟锡、掺氟氧化锡、Ag网格透明导电膜的任意一种。
较为优选的，所述基底6材料选自玻璃、柔性塑料PET等透明材料。
较为优选的，所述钙钛矿吸光层3材料可选自CH3NH3PbX,X＝Cl，Br，I等卤素元素中的一种或两种，所述钙钛矿吸光层3的厚度为200-500nm。
较为优选的，所述电子传输层2材料可选自PCBM等聚合物、ZnO等氧化物或者聚合物和氧化物的混合物，所述电子传输层2的厚度为30-60nm。
较为优选的，所述阴极1为金、银和铝等金属电极，可使用空真热蒸镀法制备，所述阴极厚度为80-100nm。
请再次参阅图1，在本发明的一较为典型的实施例中，一种钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
(1)在阳极5表面制备一层电极界面修饰层4；
(2)在上述的电极界面修饰层4的表面制备一层钙钛矿吸光层3；
(3)在上述钙钛矿薄膜3的表面制备一层电子传输层2；
(4)在上述电子传输层2的表面制备一层以上金属作为阴极1。
其中，所述的电极界面修饰层可以通过印刷或者涂布等方式沉积。所述的印刷方式包括但不限于凹版印刷、丝网印刷或者喷墨印刷等，所述的涂布方式包括但不限于狭缝涂布、旋转涂布等。
作为其中的一个优选方式，在前述制备方法中，可以通过将电极界面修饰材料溶解在水、醇或其混合溶剂中，再通过旋涂等方式在阳极上进行沉积。
例如，可以将电极界面修饰材料的溶液旋涂于阳极5上方，采用的旋涂转速可以为2000-4000转，旋涂的时间可以为30-60s，用于旋涂的溶液的体积可以为50-150ul。
进一步的，还可以对形成电极界面修饰层4进行煺火干燥处理，采用的气氛、煺火温度、煺火时间等可如前文所述。
在一些典型的实施案例中，所述钙钛矿吸光层3可采用一步法或两步法制备。例如，其中的一步法制备工艺可以包括：将甲胺碘材料和PbX X＝Cl，Br，I等材料一起溶于一种溶剂中，形成一定溶度的前驱体溶液。使用前驱体溶液旋涂成膜，再在热板上煺火形成钙钛矿薄膜。常用的是，合成浓度约40wt％的CH3NH3PbIXCl3-X的DMF溶液，旋涂成膜后在80-100℃煺火30-80min。例如，其中两步法制备工艺可以包括：先旋涂特定浓度的PbX X＝Cl，Br，I溶液，旋涂成膜后，50-100℃加热烘干；然后浸泡于特定溶度的CH3NH3X X＝Cl，Br，I溶液中一定的时间，常用的有10mg/ml的甲胺碘的异丙醇溶液，然后在100-150℃加热烘干成钙钛矿膜。
以下结合一些典型实施案例对本发明的技术方案作进一步的说明，但本发明不局限于以下的实施例。
实施例1：本实例选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30分钟清洗ITO玻璃基底，之后使用氮气将基底吹干，再使用紫外光处理30分钟。在紫外处理后的干燥的玻璃基底上旋涂空穴传输层PEDOT:PSS(4083)，旋转速度为3500转，旋转60秒得到一层均匀的PEDOT:PSS薄膜，其表面形貌见AFM图2a。随后将PEDOT:PSS薄膜在空气中125℃煺火10分钟，之后冷却至室温，形成空穴传输层。使用1wt％的PSS聚合物水溶液，在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，由此形成的电极界面修饰层的表面形貌如图2b所示。作为对比，同样的条件下再将PEDOT:PSS膜表面使用100ul的溶剂水在2000转旋涂60秒，所形成的薄膜的表面形貌由图2c所示，排除PSS溶液中溶剂对薄膜表面形貌的影响。通过紫外吸收测试薄膜修饰前后的吸收峰强，如图3所示，样品在峰位在195nm和226nm两个属于PSS的峰位明显变强，说明聚合物PSS确实被旋涂成膜覆盖在PEDOT:PSS薄膜(空穴传输层)的上层。随后在转速为6000转的情况下将钙钛矿前驱体溶液CH3NH3PbIXCL3-X在电极界面修饰层上旋涂60秒，再将形成的前驱体薄膜在95℃煺火70分钟。如此可以使得钙钛矿吸光层的晶体生长不受下层空穴传输层的影响，其表面形貌有明显的改善，如图4a-图4c所示。之后以PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下旋涂60秒，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，之后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。最终所获器件的J-V曲线可参阅图5，其性能参阅可参阅表1。可以看到，修饰后的空穴传输层器件性能要优于不进行修饰的器件，原因可能在于，在不进行修饰的钙钛矿电池器件的制备过程中，因为诸如空气湿度等的影响使空穴传输层的厚度和表面的磺酸基团变化较大，影响器件的可重复性，而在加入修饰层后，高效率器件的重复性有较大提高，同时在衰减测试1000小时后器件稳定性也有较好的改善。另请参阅图6a-图6b，本实施例器件的光电转换效率约13.5％。
表1具有不同空穴传输层修饰的钙钛矿器件的性能
实施例2：本实例选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30min清洗ITO玻璃基底，之后使用氮气将基底吹干，再使用紫外光处理30分钟。参照实施例1的方式形成空穴传输层。之后使用1wt％的PSS-Na聚合物盐水溶液在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，形成电极界面修饰层。随后在转速为6000转的情况下将钙钛矿前驱体溶液CH3NH3PbI3在电极界面修饰层上旋涂60秒，再将形成的前驱体薄膜在95℃条件下煺火70分钟，即得到钙钛矿吸光层。之后将PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下于钙钛矿吸光层上旋涂60s，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，其后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。参阅图7所示，本实施例最终所获器件的光电转换效率为9.7％，可以看到，本实施例器件的重复性和稳定性都得到了有效提升。
实施例3：本实例选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30min清洗ITO玻璃基底，后使用氮气将基底吹干，使用紫外处理30分钟。在紫外处理后的干燥的玻璃基底上旋涂空穴传输层PEDOT:PSS(4083)，旋转速度为3500转，旋转60秒得到一层均匀的PEDOT:PSS薄膜。随后将PEDOT:PSS薄膜在空气中125℃煺火10分钟，后冷却至室温，形成空穴传输层。使用5wt％的PSS-Na聚合物盐水溶液在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，形成电极界面修饰层。随后在转速为6000转的情况下将钙钛矿前驱体溶液CH3NH3PbI3在电极界面修饰层上旋涂60秒，形成的前驱体薄膜在95℃条件下煺火70分钟，即得到钙钛矿吸光层。之后将PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下在钙钛矿吸光层上旋涂60s，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，其后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。参阅图8所示，本实施例最终所获器件的光电转换效率为10.2％，可以看到，本实施例器件的重复性和稳定性都得到了有效提升。
实施例4：本实例选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30min清洗ITO玻璃基底，后使用氮气将基底吹干，使用紫外处理30分钟。在紫外处理后的干燥的玻璃基底上旋涂空穴传输层PEDOT:PSS(4083)，旋转速度为3500转，旋转60秒得到一层均匀的PEDOT:PSS薄膜。随后PEDOT:PSS薄膜在空气中125℃煺火10分钟，后冷却至室温，形成空穴传输层。使用0.5-5wt％的PSS-NH3聚合物盐水溶液在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，形成电极界面修饰层。随后在转速为6000转的情况下将钙钛矿前驱体溶液CH3NH3PbI3在电极界面修饰层上旋涂60秒，所形成的前驱体薄膜在95℃条件下煺火70分钟，即得到钙钛矿吸光层。之后将PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下旋涂60s，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，其后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。参阅图9所示，本实施例最终所获器件的光电转换效率为9.78％，可以看到，本实施例器件的重复性和稳定性都得到了有效提升。
实施例5：本实例选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30min清洗ITO玻璃基底，后使用氮气将基底吹干，使用紫外处理30分钟。在紫外处理后的干燥的玻璃基底上旋涂空穴传输层PEDOT:PSS(4083)，旋转速度为3500转，旋转60秒得到一层均匀的PEDOT:PSS薄膜。随后PEDOT:PSS薄膜在空气中125℃煺火10分钟，后冷却至室温，形成空穴传输层。使用0.5-5wt％的PSS聚合物水溶液，在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，形成电极界面修饰层。随后在转速为6000转的情况下将钙钛矿前驱体溶液CH3NH3PbI3在电极界面修饰层上旋涂60秒，所形成的前驱体薄膜在95℃条件下煺火70分钟，即得到钙钛矿吸光层。之后将PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下旋涂60s，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，其后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。参阅图10所示，本实施例最终所获器件的光电转换效率为10％，可以看到，本实施例器件的重复性和稳定性都得到了有效提升。
实施例6：本实例中选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30min清洗ITO玻璃基底，后使用氮气将基底吹干，使用紫外处理30分钟。在紫外处理后的干燥的玻璃基底上旋涂空穴传输层PEDOT:PSS(4083)，旋转速度为3500转，旋转60秒得到一层均匀的PEDOT:PSS薄膜。随后PEDOT:PSS薄膜在空气中125℃煺火10分钟，后冷却至室温，形成空穴传输层。使用10wt％的PSS聚合物水溶液，在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，形成电极界面修饰层。随后在转速为3500转的情况下将1M的PbIxCl3-x的DMF溶液在电极界面修饰层上旋涂30s，加热烘干后，用10mg/ml的甲胺碘的异丙醇溶液浸泡40秒。120℃加热30分钟，即得到钙钛矿吸光层。之后将PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下旋涂60秒，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，其后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。参阅图11所示，本实施例最终所获器件的光电转换效率为9.7％，可以看到，本实施例器件的重复性和稳定性都得到了有效提升。
实施例7：本实例中选择单一具体材料，并不限定其他材料选择，只是举例说明其发明。首先，用丙酮、乙醇、异丙醇依次超声30min清洗ITO玻璃基底，后使用氮气将基底吹干，使用紫外处理30分钟。在紫外处理后的干燥的玻璃基底上旋涂空穴传输层PEDOT:PSS(4083)，旋转速度为3500转，旋转60秒得到一层均匀的PEDOT:PSS薄膜。随后PEDOT:PSS薄膜在空气中125℃煺火10分钟，后冷却至室温，形成空穴传输层。使用1wt％的PSS聚合物水溶液，在空穴传输层上进行旋涂，旋转速度2000转，时间60秒，在140℃煺火5分钟后放置到手套箱内，形成电极界面修饰层。随后在转速为3500转的情况下将1M的PbI2的DMF溶液在电极界面修饰层上旋涂30s，加热烘干后，用10mg/ml的甲胺碘的异丙醇溶液浸泡40秒。120℃加热30分钟，即得到钙钛矿吸光层。之后将PCBM(10mg/ML)溶液在1000转的转速下旋涂60秒，旋涂成膜后放置在空气中30分钟而形成电子传输层，其后在电子传输层上使用Al金属蒸镀形成顶电极。参阅图12所示，本实施例最终所获器件的光电转换效率为10％，可以看到，本实施例器件的重复性和稳定性都得到了有效提升。
应当理解，上述实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种钙钛矿薄膜太阳能电池，包括沿设定方向依次设置的阴极、钙钛矿吸光层和阳极，其特征在于：所述阳极与钙钛矿吸光层之间还设有电极界面修饰层，所述电极界面修饰层包含能与所述钙钛矿吸光层反应而促进钙钛矿晶体结晶性的原子和/或离子，并且所述电极界面修饰层还用以改善所述阳极的表面粗糙度和形貌。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述阴极与钙钛矿吸光层之间还设有电子传输层；
优选的，所述电子传输层的材质包括聚合物和/或氧化物，所述聚合物包括PCBM，所述氧化物包括ZnO；
优选的，所述电子传输层的厚度为30-60nm；
和/或，所述阴极选自金属电极；
优选的，所述阴极的厚度为80-100nm；
和/或，所述阳极的材质选自透明导电材料，所述透明导电材料包括氧化铟锡、掺氟氧化锡、Ag网格透明导电膜中的任意一种；
和/或，所述钙钛矿吸光层的材质选自CH3NH3PbX，其中X包括Cl，Br，I中的任意一种或两种以上的组合；
优选的，所述钙钛矿吸光层的厚度为200-500nm。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述阳极与电极界面修饰层之间设有空穴传输层；
其中，所述空穴传输层的材质包括有机或无机半导体材料，所述有机半导体材料包括P3CT-Na、3,4-乙撑二氧噻吩聚合物-聚苯乙烯磺酸盐或CPE-K，所述无机半导体材料包括CuSCN或Cu2S。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述电极界面修饰层包含有能够阻挡空穴传输材料对所述钙钛矿吸光层腐蚀的原子和/或离子。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述电极界面修饰层的材质包括离子型聚合物材料。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述电极界面修饰层的材质选自含有羧基、磺酸基、磷酸基单元中的至少一种的聚合物、所述聚合物的衍生物、所述聚合物的有机或无机盐；
优选的，所述电极界面修饰层的材质选自含有磺酸基的聚合物、所述聚合物的衍生物、所述聚合物的有机或无机盐；
或者，优选的，所述电极界面修饰层的材质选自聚乙烯磺酸、聚乙烯磺酸的衍生物、聚乙烯磺酸的有机或无机盐；
优选的，所述电极界面修饰层的厚度为5-100nm，优选为15-55nm。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述电极界面修饰层是经煺火处理过的，所述煺火处理是在保护性气氛或空气中进行的，煺火温度为110-150℃，优选为120-135℃，煺火时间为5-20分钟，优选为8-12分钟。
8.权利要求1-7中任意一项所述钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于包括：
提供阳极，并在所述阳极上制备形成电极界面修饰层；
在所述电极界面修饰层上制备形成钙钛矿吸光层；
在所述钙钛矿吸光层上设置阴极。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述制备方法包括：在所述阳极先制备形成空穴传输层，再在所述空穴传输层上制备形成钙钛矿吸光层；
和/或，所述制备方法包括：在所述钙钛矿吸光层先制备形成电子传输层，再在所述电子传输层上设置所述阴极。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，
所述制备方法包括：将电极界面修饰材料溶于溶剂中形成电极界面修饰材料溶液，之后将所述电极界面修饰材料溶液印刷或涂布沉积在所述阳极上，而形成所述电极界面修饰层；
优选的，所述电极界面修饰材料溶液的浓度为0.1wt％-10wt％，其中采用的溶剂包括水和/或醇；
和/或，所述制备方法包括：在保护性气氛或空气中对制备形成的电极界面修饰层进行煺火处理，煺火温度为110-150℃，优选为120-135℃，煺火时间为5-20分钟，优选为8-12分钟。
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