CN110289356A - 一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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王明
周廷伟
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Abstract

本发明涉及一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光伏技术领域。该钙钛矿太阳能电池由下往上依次由基底层、空穴传输层、聚[双(4‑苯基)(2,4,6‑三甲基苯基)胺]层、MAPbI3‑xClx钙钛矿吸光层、电子传输层和金属背电极层叠组成。由于聚[双(4‑苯基)(2,4,6‑三甲基苯基)胺]层的存在，可以减少非辐射复合，提高填充因子，加快空穴的传输速率，使最终形成的钙钛矿太阳能电池短路电流得到了提高，从而提高了转化效率。该钙钛矿太阳能电池制备方法简单易操作，可以直接在工业生产中大规模推广，在太阳能电池方面有着潜在的应用价值。

Description

一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电 池及其制备方法
技术领域
本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池作为一种新能源，通过光伏效应将太阳能转换为可以直接利用的电能，具有安全可靠、无噪声、无污染、使用寿命长等优点，已成为各国在经济、军事装备上可持续发展战略的研究课题。现在社会主流的光伏技术采用的是硅基太阳能电池，但是制作成本高(纯度要求在99.999％)，工艺复杂(加工过程需要高温)成为制约其发展的重要因素，而第二代非晶硅等薄膜材料，由于原材料稀缺等因素，限制了其大规模的应用。为了解决这些显著问题，不断降低成本和提高光电转换效率，科学家提出了第三代太阳能电池即有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池。近十年时间内，钙钛矿太阳能电池凭借其低成本、制作工艺简单和高光电转换效率在国际上掀起了一个研究热潮。《自然》杂志将钙钛矿太阳电池评选为2014年十大最有可能突破的研究课题之一。
近年来，界面修饰被广泛使用来钝化钙钛矿吸收层与电子、空穴传输层的界面，以减少界面复合，加快载流子的传输，并提高太阳能电池的光电转化效率。以往的研究已将PMMA/PCBM等有机材料用来钝化钙钛矿吸收层与电子、空穴传输层之间的界面，以提高钙钛矿太阳能的性能，但是使用PMMA钝化界面时，由于PMMA是绝缘材料，这必然会导致填充因子(FF)的下降，利用PCBM钝化界面时，钙钛矿电池的填充因子也没有得到明显提升。因此急需一种界面修饰材料来提升钙钛矿电池的填充因子和短路电流。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池；目的之二在于提供一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1、一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由下往上依次由基底层、空穴传输层、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层、MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层、电子传输层和金属背电极层叠组成。
优选的，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层按如下方法制备：以浓度为0.25-0.75mg/mL的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]甲苯溶液为原料，通过旋涂的方式制成厚度小于等于1μm的薄膜。
优选的，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层中聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]的分子量为1000-10000。
优选的，所述基底层为ITO；所述空穴传输层为PEDOT:PSS空穴传输层；所述电子传输层为PCBM电子传输层；所述金属背电极为Ag。
2、所述的一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)对导电基底进行预处理；
(2)在经步骤(1)处理后的导电基底上旋涂制备空穴传输层；
(3)在步骤(2)中空穴传输层上旋涂聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层；
(4)在步骤(3)中聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层上旋涂制备MAPbI3- xClx钙钛矿吸光层；
(5)在步骤(4)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上旋涂电子传输层；
(6)在步骤(5)中电子传输层蒸镀金属背电极，即可。
优选的，步骤(2)中，所述旋涂制备空穴传输层的方法具体如下：将经0.45um针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到导电基底上，然后以5000-9000rpm的速度旋涂30-60s，最后在120-140℃下退火15-20min。
优选的，步骤(3)中，所述旋涂聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层的方法具体如下：将由基底层和空穴传输层层叠形成的复合层在50-70℃下预热1-5min后，将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]甲苯溶液滴加到空穴传输层上，然后以6000-8000rpm的速度旋涂40-60s。
优选的，步骤(4)中，所述旋涂制备MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的方法具体如下：将由基底层、空穴传输层和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层层叠形成的复合层在65-75℃下预热1-2min，然后将温度为60-75℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层上，先以800-1000rpm的速度旋涂15-20s，再以3000-3500rpm的速度旋涂35-40s，最后在95-100℃下退火15-20min，其中，在所述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前10-15s时，在1-2s内滴加700-1000μL萃取液。
优选的，所述萃取液为氯苯、甲苯或苯甲醚中的一种。
优选的，步骤(5)中，所述旋涂电子传输层的方法具体如下：将由基底层、空穴传输层、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将PCBM氯苯溶液滴加到MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2000-2500rpm的速度旋涂30-40s。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在该钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层中间旋涂了一层聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层，通过合理控制聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层的厚度及聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]的分子量，使该层不但可以很好地修饰MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上的缺陷，减少其上的复合中心，从而减小了非辐射复合，同时还能提高填充因子；另外，该层还可以起到空穴传输层的作用，其价带处于空穴传输层与钙钛矿层之间，从而更加有利于空穴的传输。由于非辐射复合降低，填充因子得到提升，空穴的传输速率加快，使钙钛矿太阳能电池短路电流得到了提高，从而提高了转化效率。该钙钛矿太阳能电池制备方法简单易操作，可以直接在工业生产中大规模推广，在太阳能电池方面有着潜在的应用价值。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为实施例2-5中制备的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2为实施例2-5中制备的钙钛矿太阳能电池的截面扫描电镜图；
图3为实施例1步骤(2)中制备的PEDOT:PSS空穴传输层和实施例2、3和4步骤(3)中制备的PTAA层上接触角测试结果图；
图4为实施例1步骤(2)中由ITO透明导电基底层和PEDOT:PSS空穴传输层形成的复合层和实施例2、3和4步骤(3)中由ITO透明导电基底层、PEDOT:PSS空穴传输层和PTAA层形成的复合层的透过率测试结果图；(图4中b为a的局部放大图)
图5为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的SEM图；
图6为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的AFM图；(图6中a为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的AFM图，图6中b、c、d依次为实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的AFM图)
图7为实施例4和实施例5步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的形貌图；
图8为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的XRD图；
图9为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的吸收曲线图；
图10为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光曲线图；
图11为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命图；
图12为实施例1至实施例4中制备的钙钛矿太阳能电池的I-V曲线图；
图13为实施例1至实施例4中制备的钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线图；
图14为实施例1和实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池的正扫、反扫IV曲线图；
图15为实施例1和实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池的稳态输出曲线图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
以下各实施例中聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]的简称为PTAA
实施例1
制备钙钛矿太阳能电池
(1)将15mm×15mm的ITO依次经洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇各清洗30min后用氮气枪吹干，然后UV处理30min；
(2)将经0.45μm针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到经步骤(1)处理后的ITO上，然后以6000rpm的速度旋涂40s，最后在120℃下退火15min，制得PEDOT:PSS空穴传输层；
(3)将由ITO和PEDOT:PSS空穴传输层层叠形成的复合层在70℃下预热2min，然后将50μL温度为70℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到步骤(2)中PEDOT:PSS空穴传输层上，先以1000rpm的速度旋涂20s，再以3500rpm的速度旋涂40s，最后在95℃下退火20min，制得MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层，其中，在述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前10s时，在2s内滴加1000μL氯苯；
(4)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将50μL PCBM氯苯溶液滴加到步骤(3)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2400rpm的速度旋涂35s，制得PCBM电子传输层；
(5)在高真空(＜2.5×10-5Pa)下，通过热蒸发在步骤(4)中PCBM电子传输层上沉积厚度为90nm的Ag膜，即可。
实施例2
制备钙钛矿太阳能电池
(1)将15mm×15mm的ITO依次经洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇各清洗30min后用氮气枪吹干，然后UV处理30min；
(2)将经0.45μm针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到经步骤(1)处理后的ITO上，然后以5000rpm的速度旋涂40s，最后在120℃下退火15min，制得PEDOT:PSS空穴传输层；
(3)将由ITO和PEDOT:PSS空穴传输层层叠形成的复合层在50℃下预热3min后，将120μL浓度为0.25mg/mL的PTAA甲苯溶液滴加到步骤(2)中PEDOT:PSS空穴传输层上，然后以6000rpm的速度旋涂50s，制得厚度为0.8μm的PTAA层，其中PTAA的分子量为1000-10000；
(4)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层和PTAA层层叠形成的复合层在65℃下预热2min，然后将50μL温度为60℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到步骤(3)中PTAA层上，先以1000rpm的速度旋涂20s，再以3500rpm的速度旋涂40s，最后在100℃下退火20min，制得MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层，其中，在述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前10s时，在1s内滴加800μL氯苯；
(5)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层、PTAA层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将50μL PCBM氯苯溶液滴加到步骤(4)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2500rpm的速度旋涂30s，制得PCBM电子传输层；
(6)在高真空(＜2.5×10-5Pa)下，通过热蒸发在步骤(5)中PCBM电子传输层上沉积厚度为90nm的Ag膜，即可。
实施例3
制备钙钛矿太阳能电池
(1)将15mm×15mm的ITO依次经洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇各清洗30min后用氮气枪吹干，然后UV处理30min；
(2)将经0.45μm针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到经步骤(1)处理后的ITO上，然后以9000rpm的速度旋涂30s，最后在130℃下退火20min，制得PEDOT:PSS空穴传输层；
(3)将由ITO和PEDOT:PSS空穴传输层层叠形成的复合层在70℃下预热1min后，将120μL浓度为0.5mg/mL的PTAA甲苯溶液滴加到步骤(2)中PEDOT:PSS空穴传输层上，然后以8000rpm的速度旋涂40s，制得厚度为1μm的PTAA层，其中PTAA的分子量为1000-10000；
(4)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层和PTAA层层叠形成的复合层在75℃下预热1min，然后将50μL温度为75℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到步骤(3)中PTAA层上，先以900rpm的速度旋涂18s，再以3000rpm的速度旋涂35s，最后在95℃下退火15min，制得MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层，其中，在述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前12s时，在2s内滴加1000μL苯甲醚；
(5)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层、PTAA层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将50μL PCBM氯苯溶液滴加到步骤(4)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2300rpm的速度旋涂35s，制得PCBM电子传输层；
(6)在高真空(＜2.5×10-5Pa)下，通过热蒸发在步骤(5)中PCBM电子传输层上沉积厚度为90nm的Ag膜，即可。
实施例4
制备钙钛矿太阳能电池
(1)将15mm×15mm的ITO依次经洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇各清洗30min后用氮气枪吹干，然后UV处理30min；
(2)将经0.45μm针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到经步骤(1)处理后的ITO上，然后以7000rpm的速度旋涂60s，最后在140℃下退火18min，制得PEDOT:PSS空穴传输层；
(3)将由ITO和PEDOT:PSS空穴传输层层叠形成的复合层在60℃下预热5min后，将120μL浓度为0.75mg/mL的PTAA甲苯溶液滴加到步骤(2)中PEDOT:PSS空穴传输层上，然后以7000rpm的速度旋涂60s，制得厚度为0.7μm的PTAA层，其中PTAA的分子量为1000-10000；
(4)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层和PTAA层层叠形成的复合层在70℃下预热1.5min，然后将50μL温度为70℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到步骤(3)中PTAA层上，先以800rpm的速度旋涂15s，再以3200rpm的速度旋涂40s，最后在100℃下退火20min，制得MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层，其中，在述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前15s时，在1s内滴加700μL甲苯；
(5)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层、PTAA层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将50μL PCBM氯苯溶液滴加到步骤(4)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2000rpm的速度旋涂40s，制得PCBM电子传输层；
(6)在高真空(＜2.5×10-5Pa)下，通过热蒸发在步骤(5)中PCBM电子传输层上沉积厚度为90nm的Ag膜，即可。
实施例5
制备钙钛矿太阳能电池
(1)将15mm×15mm的ITO依次经洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇各清洗30min后用氮气枪吹干，然后UV处理30min；
(2)将经0.45μm针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到经步骤(1)处理后的ITO上，然后以8000rpm的速度旋涂50s，最后在140℃下退火15min，制得PEDOT:PSS空穴传输层；
(3)将由ITO和PEDOT:PSS空穴传输层层叠形成的复合层在70℃下预热4min后，将120μL浓度为1mg/mL的PTAA甲苯溶液滴加到步骤(2)中PEDOT:PSS空穴传输层上，然后以6000rpm的速度旋涂60s，制得厚度为1μm的PTAA层，其中PTAA的分子量为1000-10000；
(4)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层和PTAA层层叠形成的复合层在75℃下预热1min，然后将50μL温度为70℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到步骤(3)中PTAA层上，先以900rpm的速度旋涂20s，再以3000rpm的速度旋涂35s，最后在95℃下退火18min，制得MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层，其中，在述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前15s时，在2s内滴加1000μL甲苯；
(5)将由ITO、PEDOT:PSS空穴传输层、PTAA层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将50μL PCBM氯苯溶液滴加到步骤(4)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2000rpm的速度旋涂40s，制得PCBM电子传输层；
(6)在高真空(＜2.5×10-5Pa)下，通过热蒸发在步骤(5)中PCBM电子传输层上沉积厚度为90nm的Ag膜，即可。
图1为实施例2-5中制备的钙钛矿太阳能电池的结构示意图，图2为实施例2-5中制备的钙钛矿太阳能电池的截面扫描电镜图，由图1和图2可知，实施例2-5中制备的钙钛矿太阳能电池由下往上依次由ITO透明导电基底层、PEDOT:PSS空穴传输层、PTAA层、MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层、PCBM电子传输层和Ag电极层叠组成。
图3为实施例1步骤(2)中制备的PEDOT:PSS空穴传输层和实施例2、3和4步骤(3)中制备的PTAA层上接触角测试结果图，由图3可知，PTAA层上接触角随着PTAA浓度的增加而增大，而接触角大到一定程度将不利于后期MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的制备，因此需要控制PTAA的浓度。
图4为实施例1步骤(2)中由ITO透明导电基底层和PEDOT:PSS空穴传输层形成的复合层和实施例2、3和4步骤(3)中由ITO透明导电基底层、PEDOT:PSS空穴传输层和PTAA层形成的复合层的透过率测试结果图，其中，图4中b为a的局部放大图，由图4可知，4种复合层的透过率没有明显变化，表明PTAA层的插入不会影响MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的吸收。
图5为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的SEM图，由图5可知，实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层中晶粒较实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层中晶粒稍大些，表明PTAA能够诱导结晶，但由于晶粒变化不是很大，所以晶粒尺寸不是提高短路电流的主要原因。
图6为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的AFM图，其中，图6中a为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的AFM图，图6中b、c、d依次为实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的AFM图；由图6可知，MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的粗超度随着PTAA浓度增大而增大，而粗糙度增大到一定数值后将影响PCBM的旋涂质量，因此需要控制PTAA的浓度。
图7为实施例4和实施例5步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的形貌图，其中，图7中a为实施例4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的形貌图，图7中b为实施例5步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的形貌图，由图7可知，当PTAA浓度增大到一定浓度后所制备的PTAA层上面已经无法沉积完整而致密的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层。
图8为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的XRD图，由图8可知，实施例2步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的XRD图中特征峰最高，即表明在以浓度为0.5mg/mL的PTAA甲苯溶液为原料旋涂制备的PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的结晶度最好，而越好的结晶度表明制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的质量越好。
图9为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的吸收曲线图，由图9可知，各MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的吸收曲线没有明显的变化，但实施例2、3和4中由于在插入了PTAA层，各自MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的吸收曲线会稍微大一些，但并不明显。
图10为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光曲线图，由图10可知，实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光强度较实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光强度小，即在旋涂PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光强度比直接在PEDOT:PSS空穴传输层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光强度小，说明在PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的在光照下生成的载流子(电子-空穴对)被快速转移走，同时表明了PTAA的能带与MAPbI3-xClx的能带更加匹配，能够提高空穴的传输速率，加快空穴从吸光层转移到空穴传输层。其中，在以不同浓度PTAA甲苯溶液为原料旋涂制备的PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光强度呈现先下降后上升的趋势，以浓度为0.5mg/mL的PTAA甲苯溶液为原料旋涂制备的PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光强度最小。
图11为实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层和实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命图，由图11可知，实施例2、3和4步骤(4)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命较实施例1步骤(3)中制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命短，即在旋涂PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命比直接在PEDOT:PSS空穴传输层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命短，其中，以浓度为0.5mg/mL的PTAA甲苯溶液为原料旋涂制备的PTAA层上制备的MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的荧光寿命最短，而荧光寿命越短，说明载流子的寿命越长，即载流子的扩散长度越长，而载流子的扩散长度越长表明载流子更加容易从吸光层转移到空穴传输层。
图12为实施例1至实施例4中制备的钙钛矿太阳能电池的I-V曲线图，由该图所得的数据见表1。
表1
Voc(V) Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) FF(％) PCE(％)
实施例1 1.08 20.26 76.91 16.94
实施例2 1.07 21.39 78.96 18.19
实施例3 1.07 21.58 82.59 19.04
实施例4 1.07 21.48 79.18 18.41
由表1可知，实施例2、3和4制备的钙钛矿太阳能电池的短路电流较实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的短路电流高，即含有PTAA层的钙钛矿太阳能电池的短路电流较不含有PTAA层的钙钛矿太阳能电池的短路电流高，是由于PTAA能带与MAPbI3-xClx钙钛矿的能带更加匹配，能够加快载流子从MAPbI3-xClx钙钛矿到空穴的传输，提高了短路电流，此外，含有以不同浓度PTAA甲苯溶液为原料旋涂制备的PTAA层的钙钛矿太阳能电池的填充因子比不含有PTAA层的钙钛矿太阳能电池的填充因子要高很多，这表明PTAA能够被使用作为钝化剂钝化MAPbI3-xClx钙钛矿与PEDOT:PSS的界面，减少非辐射复合和界面电阻。
图13为实施例1至实施例4中制备的钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线图，有图13可知，实施例2、3和4制备的钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线较实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线高，即含有PTAA层的钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线较不含有PTAA层的钙钛矿太阳能电池的IPCE曲线高，表明PTAA层加快了空穴从MAPbI3-xClx钙钛矿到空穴的传输，提高了短路电流。
图14为实施例1和实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池的正扫、反扫IV曲线图，由图14可知，实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池较实施例1中制备的钙钛矿太阳能电池呈现更少的迟滞。
图15为实施例1和实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池的稳态输出曲线图，由图15可知，实施例3中制备的钙钛矿太阳能电池较实施例1中制备的钙钛矿太阳能电池呈现更高及更加稳定的稳态输出
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池由下往上依次由基底层、空穴传输层、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层、MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层、电子传输层和金属背电极层叠组成。
2.如权利要求1所述的一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层按如下方法制备：以浓度为0.25-0.75mg/mL的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]甲苯溶液为原料，通过旋涂的方式制成厚度小于等于1μm的薄膜。
3.如权利要求2所述的一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层中聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]的分子量为1000-10000。
4.如权利要求1-3任一项所述的一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底层为ITO；所述空穴传输层为PEDOT:PSS空穴传输层；所述电子传输层为PCBM电子传输层；所述金属背电极为Ag。
5.权利要求1-4任一项所述的一种高短路电流、高填充因子、高转化效率的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)对导电基底进行预处理；
(2)在经步骤(1)处理后的导电基底上旋涂制备空穴传输层；
(3)在步骤(2)中空穴传输层上旋涂聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层；
(4)在步骤(3)中聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层上旋涂制备MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层；
(5)在步骤(4)中MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上旋涂电子传输层；
(6)在步骤(5)中电子传输层蒸镀金属背电极，即可。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述旋涂制备空穴传输层的方法具体如下：将经0.45um针头式过滤器过滤后的PEDOT：PSS溶液滴加到导电基底上，然后以5000-9000rpm的速度旋涂30-60s，最后在120-140℃下退火15-20min。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述旋涂聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层的方法具体如下：将由基底层和空穴传输层层叠形成的复合层在50-70℃下预热1-5min后，将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]甲苯溶液滴加到空穴传输层上，然后以6000-8000rpm的速度旋涂40-60s。
8.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述旋涂制备MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层的方法具体如下：将由基底层、空穴传输层和聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层层叠形成的复合层在65-75℃下预热1-2min，然后将温度为60-75℃的MAPbI3-xClx钙钛矿前驱液滴加到聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层上，先以800-1000rpm的速度旋涂15-20s，再以3000-3500rpm的速度旋涂35-40s，最后在95-100℃下退火15-20min，其中，在所述MAPbI3-xClx前驱液旋涂结束前10-15s时，在1-2s内滴加700-1000μL萃取液。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述萃取液为氯苯、甲苯或苯甲醚中的一种。
10.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(5)中，所述旋涂电子传输层的方法具体如下：将由基底层、空穴传输层、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层和MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层层叠形成的复合层冷却至室温后，将PCBM氯苯溶液滴加到MAPbI3-xClx钙钛矿吸光层上，然后以2000-2500rpm的速度旋涂30-40s。
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