CN110391337A - 一种碱金属氢氧化物界面修饰层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 - Google Patents

一种碱金属氢氧化物界面修饰层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种碱金属氢氧化物界面修饰层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用，公开了一种太阳能电池，所述太阳能电池的结构由下至上包括：导电基底、电荷阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、电荷传输层和电极层，其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH中的一种或几种的混合物。碱金属氢氧化物能够有效地钝化电荷阻挡层材料的缺陷态，通过碱金属氢氧化物修饰，电荷阻挡层的缺陷态密度减少，从而导电率提高。将其应用在钙钛矿太阳能电池中，能够得到高效稳定的钙钛矿太阳能电池。

Description

一种碱金属氢氧化物界面修饰层及其在钙钛矿太阳能电池中 的应用
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域。更具体而言，涉及一种碱金属氢氧化物修饰电荷阻挡层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用。
背景技术
太阳能取之不尽用之不竭，规模化利用太阳能对于减少环境污染和缓解全球温室效应具有重要意义。有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，被美国《科学》杂志评选为十大科学突破之一。近十年来，其光电转换效率从最初报道的3.8％发展到现在的24.2％，在效率上追平了发展了数十年的多晶硅太阳能电池和化合物薄膜太阳能电池，从而成为最具有商业应用前景的新一代太阳能电池技术。
钙钛矿太阳能电池通常分为两种结构：n-i-p顺式结构以及p-i-n反式结构。在n-i-p顺式结构的钙钛矿太阳能电池中，常用的无机空穴阻挡材料为TiO2、ZnO以及SnO2，在p-i-n反式结构的钙钛矿太阳能电池中，常用的无机电子阻挡材料为NiO。虽然这些无机电荷阻挡材料具有高的化学稳定性而被广泛应用于钙钛矿太阳能电池中，但是其自身的缺陷态较多，电导率不高，导致其应用在钙钛矿太阳能电池中界面复合较为严重。因此，急需寻找一种界面修饰层能够有效钝化无机电荷传输材料的表面缺陷态，提高这类无机电荷传输材料的电导率，最终减少电荷阻挡层/钙钛矿层的界面复合。从而提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
发明内容
因此，鉴于上述用于太阳能电池的电荷传输材料的缺陷态多以及电导率低的问题，本发明旨在提供一种碱金属氢氧化物界面修饰材料及其制备方法以及包含该材料的钙钛矿太阳能电池，解决现有钙钛矿太阳能电池中的无机电荷传输材料缺陷态较多的问题，得到高效的钙钛矿太阳能电池。
为了实现以上目的，本发明的还一方面提供一种太阳能电池，所述太阳能电池的结构由下至上包括：导电基底、电荷阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、电荷传输层和电极层，其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH中的一种或几种的混合物。
在本发明的技术方案中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层为选自LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其混合物的薄膜。
在本发明的技术方案中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层的制备方法为将碱金属氢氧化物溶解在有机溶剂中，制成碱金属氢氧化物的有机溶液，并在电荷阻挡层上形成薄膜，蒸发有机溶剂后获得。
优选地，所述的有机溶剂为能够溶解碱金属氢氧化物的有机溶液，优选为乙醇、2-甲氧基乙醇。
优选地，形成薄膜的方法为喷涂或者旋涂形成薄膜。
优选地，蒸发有机溶剂的方法为加热蒸发或减压蒸发。
优选地，所述的碱金属氢氧化物选自LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其混合物。
优选地，所述的碱金属氢氧化物的有机溶液浓度为0.1-20mg/ml，优选为0.5-10mg/ml。
在本发明的技术方案中，所述的碱金属氢氧化物界面修饰层厚度为5～100nm，优选为10-50nm。
在本发明的技术方案中，所述钙钛矿层为钙钛矿吸光材料的薄层，所述钙钛矿吸光材料为ABX3，其中，A为CH3NH3、NH2CHNH2、Cs或其混合物；B为Pb或Sn或其混合物；X为I、Br、Cl、CN、SCN或其混合物。
在本发明的技术方案中，钙钛矿层的厚度为100～1000nm，优选地，钙钛矿层厚度为400-800nm，钙钛矿层厚度为600nm。
在本发明的技术方案中，所述电荷阻挡层和电荷传输层选自电子阻挡层和电子传输层，或空穴阻挡层和空穴传输层。
在本发明的技术方案中，所述电荷阻挡层厚度为10-200nm。
在本发明的技术方案中，所述电荷传输层厚度为10-200nm。
在本发明的技术方案中，所述的电子阻挡层选自致密NiO、PEDOT、P3HT层。
在本发明的技术方案中，所述的电子传输层选自PCBM、C60。
在本发明的技术方案中，所述的空穴阻挡层选自致密TiO2、ZnO、SnO2层。
在本发明的技术方案中，所述的空穴传输层选自Spiro-OMeTAD或PTAA。
在本发明的技术方案中，所述导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
在本发明的技术方案中，所述电极层为Ag、Cu、Au电极。
在本发明的技术方案中，所述电极层厚度为10-200nm。
在本发明的技术方案中，所述电子传输层和电极层之间还包括界面层，优选地，界面层为包含BCP或Bis-C60层，更优选地，界面层厚度为10～80nm。
本发明的还一方面提供一种所述太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)准备导电基底；
2)在所述导电基底上形成空穴阻挡层；
3)在所述空穴阻挡层上形成碱金属氢氧化物界面修饰层；
4)在所述碱金属氢氧化物界面修饰层上形成钙钛矿活性层；
5)在所述钙钛矿活性层上形成空穴传输层；
6)在所述空穴传输层上形成电极层；
其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
在本发明的技术方案中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层的制备方法为将碱金属氢氧化物溶解在有机溶剂中，制成碱金属氢氧化物的有机溶液，并在电荷阻挡层上形成薄膜，蒸发有机溶剂后获得。
优选地，所述的有机溶剂为能够溶解碱金属氢氧化物的有机溶液，优选为乙醇、2-甲氧基乙醇。
优选地，形成薄膜的方法为喷涂或者旋涂形成薄膜。
优选地，蒸发有机溶剂的方法为加热蒸发或减压蒸发。
本发明的还一方面提供另一种所述太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
1)准备导电基底；
2)在所述导电基底上形成电子阻挡层；
3)在所述电子阻挡层上形成碱金属氢氧化物界面修饰层；
4)在所述碱金属氢氧化物界面修饰层上形成钙钛矿活性层；
5)在所述钙钛矿活性层上形成电子传输层；
6)在所述电子传输层上形成界面层；
7)在所述界面层上形成电极层；
其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH或NaOH或KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
在本发明的技术方案中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层的制备方法为将碱金属氢氧化物溶解在有机溶剂中，制成碱金属氢氧化物的有机溶液，并在电荷阻挡层上形成薄膜，蒸发有机溶剂后获得。
优选地，所述的有机溶剂为能够溶解碱金属氢氧化物的有机溶液，优选为乙醇、2-甲氧基乙醇。
优选地，形成薄膜的方法为喷涂或者旋涂形成薄膜。
优选地，蒸发有机溶剂的方法为加热蒸发或减压蒸发。
本发明另一个方面提供了碱金属氢氧化物界面修饰层在提高太阳能电池光电转换效率的作用，其中所述的碱金属氢氧化物界面修饰层设置在电荷阻挡层和钙钛矿层之间。
在本发明的技术方案中，所述的提高太阳能电池光电转换效率是通过降低无机电荷传输材料的表面缺陷态，提高无机电荷传输材料的电导率，减少电荷传输层/钙钛矿层的界面复合实现的。
有益效果
本发明通过在无机电荷阻挡层上引入一层碱金属氢氧化物界面修饰层并将其用于钙钛矿太阳能电池，这种有效钝化无机电荷传输材料的表面缺陷态，提高这类无机电荷传输材料的电导率，最终减少电荷阻挡层/钙钛矿层的界面复合，从而提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
从下面结合附图的详细描述中，将会更加清楚的理解本发明的上述及其他目的、特征和其他优点，其中，
图1示出了本发明实施例1的太阳能电池器件结构示意图，其中，1透明导电基底、2空穴阻挡层、3碱金属氢氧化物界面修饰层、4钙钛矿层、5空穴传输层和6电极层；
图2示出了本发明实施例2的太阳能电池器件结构示意图，其中，1透明导电基底、2电子阻挡层、3碱金属氢氧化物界面修饰层、4钙钛矿层、5电子传输层、6界面层和7电极层。
图3为实施例1和3的钙钛矿太阳能电池SC-1和SC-3的结果对比图。
图4为实施例2和4的钙钛矿太阳能电池SC-2和SC-4的结果对比图。
具体实施方式
现有钙钛矿太阳能电池通常采用无机材料TiO2、ZnO、SnO2作为空穴阻挡层以及NiO作为电子阻挡层。但是，无机电荷传输材料的表面缺陷态。本申请提供了一种碱金属氢氧化物界面修饰材料，可以有效钝化电荷阻挡层的缺陷态。
本申请提供的LiOH或NaOH或KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物，该材料通过溶解在有机溶剂中，然后成膜，具体包括如下步骤：
称取10mg的LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物粉末，将其溶解在1～20ml的有机溶剂中，优选地，可以选用乙醇或2-甲氧基乙醇的一种溶剂，常温搅拌0.5～5h得到透明溶液。
将所述溶液通过喷涂或者旋涂形成薄膜。
利用碱金属氢氧化物，本申请一些实施方案提供了一种太阳能电池，其结构由下至上包括：透明导电基底、空穴阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH或NaOH或KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
优选地，所述钙钛矿吸光材料为ABX3，A＝CH3NH3、NH2CHNH2、Cs或其混合物；B＝Pb或Sn或其混合物；X＝I、Br、Cl、CN、SCN或其混合物。
优选地，所述透明导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
优选地，所述空穴阻挡层为致密TiO2、ZnO、SnO2层，更优先地，该致密层厚度为20～100nm，优选地，致密层厚度为60nm。
优选地，所述碱金属氢氧化物界面修饰层为LiOH或NaOH或KOH层，更优选地，该界面修饰层的厚度为10～80nm，优选地，界面修饰层厚度为20nm。
优选地，所述钙钛矿层为ABX3，更优选地，该钙钛矿层的厚度为100～1000nm，优选地，钙钛矿层厚度为600nm。
优选地，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD或PTAA，更优选地，该空穴传输层厚度为20～100nm，优选地，空穴传输层厚度为80nm。
优选地，所述电极层为Ag或Cu电极，更优选地，该电极层厚度为10～200nm，优选地，电极层为100nm。
上述含有LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物的一种碱金属氢氧化物的界面修饰层的太阳能电池可以通过如下方法制备：准备透明导电基底；
在所述透明导电基底上形成空穴阻挡层；
在所述空穴阻挡层上形成碱金属氢氧化物界面修饰层；
在所述碱金属氢氧化物界面修饰层上形成钙钛矿活性层；
在所述钙钛矿活性层上形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上形成电极层；
其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH或NaOH或KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
更具体地，所述准备透明导电基底可以是对透明导电基底进行清洗的步骤。例如，可以将FTO或ITO导电玻璃基底放在超声清洗器中清洗，更优选地，可以依次用pH＝8～10弱碱性液体洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮各清洗5～20分钟。对透明导电基底进行清洗可以采用本领域可以使用的其他方法进行。
在所述透明导电基底上形成空穴阻挡层的步骤，可以通过将有机钛源的溶液喷涂在透明导电基底上并加热进行，所述有机钛源可以为例如钛酸异丙酯，更具体地，例如可以将清洗干净的FTO导电玻璃基底在400～600℃下加热，将0.01～0.05mol/L的钛酸异丙酯异丙醇溶液喷涂在此基底上，加热20～60分钟，形成20～100nm厚的致密TiO2空穴阻挡层。
所述碱金属氢氧化物界面修饰层可以为LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。可以通过将原料例如LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物溶解在有机溶剂例如无水乙醇中，然后将溶液旋涂在空穴阻挡层上，在50～200℃的加热台上加热50～100分钟制备。
所述钙钛矿层制备步骤为，取100μL的钙钛矿材料旋涂在碱金属氢氧化物层上，在100℃环境下，加热30分钟，使钙钛矿材料溶剂挥发形成一层300nm的复合钙钛矿吸光层。
所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD，将Spiro-OMeTAD的氯苯溶液旋涂在钙钛矿层上，在50～150℃加热台上加热5～20分钟得到空穴传输层。
所述电极层为Au电极，通过蒸镀法得到厚度为50～200nm的电极层。
利用碱金属氢氧化物界面修饰层，本申请的另一些实施方案还提供了一种太阳能电池，其结构由下至上包括：透明导电基底、电子阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、电子传输层、界面修饰层和电极层，其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
优选地，所述钙钛矿吸光材料为ABX3，A＝CH3NH3、NH2CHNH2、Cs或其混合物；B＝Pb或Sn或其混合物；X＝I、Br、Cl、CN、SCN或其混合物。
优选地，所述透明导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃。
优选地，所述电子阻挡层为致密NiO层，更优先地，该致密层厚度为20～100nm，优选地，致密层厚度为40nm。
优选地，所述碱金属氢氧化物界面修饰层为LiOH或NaOH或KOH层，更优选地，该界面修饰层的厚度为10～80nm，优选地，界面修饰层厚度为20nm。
优选地，所述钙钛矿层为ABX3，更优选地，该钙钛矿层的厚度为100～1000nm，优选地，钙钛矿层厚度为600nm。
优选地，所述电子传输层为PCBM，更优选地，该空穴传输层厚度为20～100nm，优选地，空穴传输层厚度为70nm。
优选地，所述界面层为BCP，更优选地，该界面层厚度为10～80nm，优选地，界面层厚度为20nm。
优选地，所述电极层为Ag或Cu电极，更优选地，该电极层厚度为10～200nm，优选地，电极层为100nm。
上述含有LiOH或NaOH或KOH的一种碱金属氢氧化物的界面修饰层的太阳能电池可以通过如下方法制备：准备透明导电基底；
在所述透明导电基底上形成电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上形成碱金属氢氧化物界面修饰层；
在所述碱金属氢氧化物界面修饰层上形成钙钛矿活性层；
在所述钙钛矿活性层上形成电子传输层；
在所述电子传输层上形成界面层；
在所述界面层上形成电极层；
其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
更具体地，所述准备透明导电基底可以是对透明导电基底进行清洗的步骤。例如，可以将FTO或ITO导电玻璃基底放在超声清洗器中清洗，更优选地，可以依次用pH＝8～10弱碱性液体洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮各清洗5～20分钟。对透明导电基底进行清洗可以采用本领域可以使用的其他方法进行。
在所述透明导电基底上形成电子阻挡层的步骤，可以通过将有机镍源的溶液喷涂在透明导电基底上并加热进行，所述有机镍源可以为例如乙酰丙酮镍，更具体地，例如可以将清洗干净的FTO导电玻璃基底在400～600℃下加热，将0.01～0.05mol/L的乙酰丙酮镍乙腈溶液喷涂在此基底上，加热20～60分钟，形成20～100nm厚的致密NiO电子阻挡层。
所述碱金属氢氧化物界面修饰层可以为LiOH或NaOH或KOH中的一种纳米材料。可以通过将原料例如LiOH、NaOH、KOH、、RbOH、CsOH或其多种的混合物溶解在有机溶剂例如无水乙醇中，然后将溶液旋涂在空穴阻挡层上，在50～200℃的加热台上加热50～100分钟制备。
所述钙钛矿层制备步骤为，取100μL的钙钛矿材料旋涂在碱金属氢氧化物层上，在100℃环境下，加热30分钟，使钙钛矿材料溶剂挥发形成一层300nm的复合钙钛矿吸光层。
所述电子传输层为PCBM，将PCBM的氯苯溶液旋涂在钙钛矿层上，在50～150℃加热台上加热5～20分钟得到电子传输层。
所述电极层为Au电极，通过蒸镀法得到厚度为50～200nm的电极层。
在这些实施方案中，所述钙钛矿吸光层可以为ABX3层，其中，A＝CH3NH3、NH2CHNH2、Cs或其混合物；B＝Pb或Sn或其混合物；X＝I、Br、Cl、CN、SCN或其混合物，优选所述钙钛矿吸光层的厚度为100～800nm。此钙钛矿吸光层可以通过将ABX3钙钛矿溶液利用法气相法或旋涂法沉积在碱金属氢氧化物界面层上，在70～200℃退火10～60分钟得到。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例1：钙钛矿太阳能电池SC-1的制备
按如下步骤，制备了图1所示器件结构的钙钛矿太阳能电池SC-1，如图1所示，其包括从下至上依次分布的透明导电基底、空穴阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层：
(1)清洗:将FTO导电玻璃基底放在超声清洗器中依次用pH＝8弱碱性液体洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮各清洗5分钟；
(2)空穴阻挡层制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底在500℃下加热，将配置好的0.05mol/L的钛酸异丙酯异丙醇溶液喷涂在此基底上，加热20分钟形成约20nm致密TiO2空穴阻挡层；
(3)碱金属氢氧化物界面修饰层制备：将4mg的KOH溶解在1ml的乙醇中，将所得溶液旋涂在TiO2空穴阻挡层上，在100℃的加热台上加热10分钟得到20nm的KOH界面修饰层；
(4)钙钛矿层制备：将100ul钙钛矿溶液旋涂在碱金属氢氧化物界面修饰层上，在100℃的加热台上加热60分钟得到500nm的钙钛矿层；
(5)空穴传输层制备：将配置好的80mg/ml的Spiro-OMeTAD氯苯溶液旋涂在钙钛矿层上，在100℃的加热台上加热10分钟得到80nm的空穴层；
(6)电极层制备：将上述所制备的半电池放置在蒸镀机中，通过调节蒸发速率得到厚度为100nm的Au电极，最终制备出钙钛矿太阳能电池SC-1。
实施例2：钙钛矿太阳能电池SC-2的制备
按如下步骤，制备了图2所示器件结构的钙钛矿太阳能电池SC-2，如图2所示，其包括从下至上依次分布的透明导电基底、电子阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、电子传输层、界面层和电极层：
(1)清洗：将FTO透明导电玻璃基底放在超声清洗器中依次pH＝10弱碱性液体洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮各清洗10分钟；
(2)电子阻挡层制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底在500℃下加热，将配置好的4mg/ml的乙酰丙酮镍的乙腈溶液喷涂在此基底上，加热20分钟形成约30nm致密NiO电子阻挡层；
(3)碱金属氢氧化物界面修饰层制备：将4mg的KOH溶解在1ml的乙醇中，将所得溶液旋涂在NiO电子阻挡层上，在100℃的加热台上加热10分钟得到20nm的KOH界面修饰层；
(4)钙钛矿层制备：将100ul钙钛矿溶液旋涂在碱金属氢氧化物界面修饰层上，在100℃的加热台上加热60分钟得到500nm的钙钛矿层；
(5)电子传输层制备：将配置好的20mg/ml的PCBM氯苯溶液旋涂在钙钛矿层上，在100℃的加热台上加热10分钟得到60nm的电子传输层；
(6)制备：将配置好的BCP的饱和溶液旋涂在电子传输层上，在70℃的加热台上加热10分钟得到20nm的界面层；
(7)电极层制备：将上述所制备的半电池放置在蒸镀机中，通过调节蒸发速率得到厚度为100nm的Ag电极，得到钙钛矿太阳能电池SC-2。
实施例3钙钛矿太阳能电池SC-3的制备
(1)清洗:将FTO导电玻璃基底放在超声清洗器中依次用pH＝8弱碱性液体洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮各清洗5分钟；
(2)空穴阻挡层制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底在500℃下加热，将配置好的0.05mol/L的钛酸异丙酯异丙醇溶液喷涂在此基底上，加热20分钟形成约20nm致密TiO2空穴阻挡层；
(3)钙钛矿层制备：将100ul钙钛矿溶液旋涂在空穴阻挡层上，在100℃的加热台上加热60分钟得到500nm的钙钛矿层；
(4)空穴传输层制备：将配置好的80mg/ml的Spiro-OMeTAD氯苯溶液旋涂在钙钛矿层上，在100℃的加热台上加热10分钟得到80nm的空穴层；
(5)电极层制备：将上述所制备的半电池放置在蒸镀机中，通过调节蒸发速率得到厚度为100nm的Au电极，最终制备出钙钛矿太阳能电池SC-3。
实施例4钙钛矿太阳能电池SC-4的制备
(1)清洗：将FTO透明导电玻璃基底放在超声清洗器中依次pH＝10弱碱性液体洗洁精、去离子水、无水乙醇、丙酮各清洗10分钟；
(2)电子阻挡层制备：将清洗干净的FTO导电玻璃基底在500℃下加热，将配置好的4mg/ml的乙酰丙酮镍的乙腈溶液喷涂在此基底上，加热20分钟形成约30nm致密NiO电子阻挡层；
(3)钙钛矿层制备：将100ul钙钛矿溶液旋涂在致密NiO电子阻挡层上，在100℃的加热台上加热60分钟得到500nm的钙钛矿层；
(4)电子传输层制备：将配置好的20mg/ml的PCBM氯苯溶液旋涂在钙钛矿层上，在100℃的加热台上加热10分钟得到60nm的电子传输层；
(5)界面层制备：将配置好的BCP的饱和溶液旋涂在电子传输层上，在70℃的加热台上加热10分钟得到20nm的界面层；
(6)电极层制备：将上述所制备的半电池放置在蒸镀机中，通过调节蒸发速率得到厚度为100nm的Ag电极，得到钙钛矿太阳能电池SC-4。
实施例5测试太阳能电池性能
太阳能电池表征的主要参数为短路电流密度(Jsc)、开路电压(Voc)、填充因子(FF)和光电转换效率(PCE)。
其中，Jsc指的是单位面积电路处于短路时产生的光电流，Voc为电路处于开路时的光电压，FF表示为电池的最大输入功率与极限输出功率之比即Jopt为最大输出功率时的电流密度，Vopt为最大输出功率时的电压。PCE是指太阳能电池将太阳能转化为电能的比例，表示为电池的最大输出功率Pmax与入射光功率Pin的比值即:其中，Pin为常用AM1.5的太阳辐照条件下的入射能量密度，为100mW cm-2。
对所制备的钙钛矿太阳能电池进行了表征，测试了上述参数。
将SC-1、SC-2、SC-3和SC-4放置在标准的太阳光模拟器下进行测试，扫描的电压范围是-0.1～1.2V，扫描速度为50mv/s。
通过测试发现，该钙钛矿太阳能电池SC-1的开路电压Voc为1.14V，短路电流密度Jsc为23.5mA cm-2，填充因子FF为0.78，光电转换效率为20.89％。相比未经碱金属氢氧化物修饰的钙钛矿太阳能电池SC-3的开路电压Voc为1.12V，短路电流密度Jsc为22.6mA cm-2，填充因子FF为0.74，光电转换效率为18.73％，SC-1具有更优的器件性能(如图3所示)。
通过测试发现，该钙钛矿太阳能电池SC-2的开路电压Voc为1.13V，短路电流密度Jsc为22.9mA cm-2，填充因子FF为0.76，光电转换效率为19.67％。相比未经碱金属氢氧化物修饰的钙钛矿太阳能电池SC-4的开路电压Voc为1.09V，短路电流密度Jsc为21.7mA cm-2，填充因子FF为0.73，光电转换效率为17.27％，SC-2具有更优的器件性能(如图4所示)。

Claims (10)

1.一种太阳能电池，所述太阳能电池的结构由下至上包括：导电基底、电荷阻挡层、碱金属氢氧化物界面修饰层、钙钛矿层、电荷传输层和电极层，其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH中的一种或几种的混合物。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述碱金属氢氧化物界面修饰层为选自LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其混合物的薄膜；
优选地，所述碱金属氢氧化物界面修饰层的制备方法为将碱金属氢氧化物溶解在有机溶剂中，制成碱金属氢氧化物的有机溶液，并在电荷阻挡层上形成薄膜，蒸发有机溶剂后获得；
更优选地，所述的有机溶剂为能够溶解碱金属氢氧化物的有机溶液，优选为乙醇、2-甲氧基乙醇。
更优选地，形成薄膜的方法为喷涂或者旋涂形成薄膜。
更优选地，蒸发有机溶剂的方法为加热蒸发或减压蒸发。
更优选地，所述的碱金属氢氧化物的有机溶液浓度为0.1-20mg/ml，优选为0.5-10mg/ml。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述碱金属氢氧化物界面修饰层厚度为5～80nm，优选为10-30nm。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述钙钛矿层为钙钛矿吸光材料的薄层，所述钙钛矿吸光材料为ABX3，其中，A为CH3NH3、NH2CHNH2、Cs或其混合物；B为Pb或Sn或其混合物；X为I、Br、Cl、CN、SCN或其混合物；
优选地，钙钛矿层的厚度为100～1000nm，更优选地，钙钛矿层厚度为400-800nm。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述电荷阻挡层和电荷传输层选自电子阻挡层和电子传输层，或空穴阻挡层和空穴传输层；
优选地，所述电荷阻挡层厚度为10-200nm；
优选地，在本发明的技术方案中，所述电荷传输层厚度为10-200nm；
优选地，所述的电子阻挡层选自致密NiO、PEDOT、P3HT层；
优选地，所述的电子传输层选自PCBM、C60；
优选地，所述的空穴阻挡层选自致密TiO2、ZnO、SnO2层；
优选地，所述的空穴传输层选自Spiro-OMeTAD或PTAA。
6.根据权利要求4所述的太阳能电池，所述电子传输层和电极层之间还包括界面层，优选地，界面层为包含BCP或Bis-C60的薄层，更优选地，界面层厚度为10～80nm。
7.根据权利要求1-6任一项所述太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：
1)准备导电基底；
2)在所述导电基底上形成电荷阻挡层；
3)在所述电荷阻挡层上形成碱金属氢氧化物界面修饰层；
4)在所述碱金属氢氧化物界面修饰层上形成钙钛矿活性层；
5)在所述钙钛矿活性层上形成电荷传输层；
6)在所述电荷传输层上形成电极层，获得太阳能电池；
或者，
在步骤5)的电荷传输层上形成界面层，然后在界面层上设置电极层，获得太阳能电池；
其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH或其多种的混合物。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层的制备方法为将碱金属氢氧化物溶解在有机溶剂中，制成碱金属氢氧化物的有机溶液，并在电荷阻挡层上形成薄膜，蒸发有机溶剂后获得；
优选地，所述的有机溶剂为能够溶解碱金属氢氧化物的有机溶液，更优选为乙醇、2-甲氧基乙醇；
优选地，形成薄膜的方法为喷涂或者旋涂形成薄膜；
优选地，蒸发有机溶剂的方法为加热蒸发或减压蒸发。
9.碱金属氢氧化物界面修饰层在提高太阳能电池光电转换效率的用途，其中，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池，所述的碱金属氢氧化物界面修饰层设置在电荷阻挡层和钙钛矿层之间；其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层包含LiOH、NaOH、KOH、RbOH、CsOH中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求9所述的用途，其中，所述碱金属氢氧化物界面修饰层的制备方法为将碱金属氢氧化物溶解在有机溶剂中，制成碱金属氢氧化物的有机溶液，并在电荷阻挡层上形成薄膜，蒸发有机溶剂后获得；
优选地，所述的有机溶剂为能够溶解碱金属氢氧化物的有机溶液，优选为乙醇、2-甲氧基乙醇。
优选地，形成薄膜的方法为喷涂或者旋涂形成薄膜。
优选地，蒸发有机溶剂的方法为加热蒸发或减压蒸发。
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