CN111628086B - 一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及光伏发电领域，特别涉及一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池包括：光吸收层，其中，所述光吸收层包括维生素材料与光吸收材料；至少一对相互接触的第一导电层与电子传输层，所述电子传输层与光吸收层接触；至少一对相互接触的第二导电层与空穴传输层，所述空穴传输层与光吸收层接触。本发明通过维生素材料修饰钙钛矿光吸收层，能够调控晶体薄膜的覆盖性及均匀性，减少针孔的形成，获得连续、无针孔、覆盖比面积大的钙钛矿薄膜，并获得性能优良的钙钛矿太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及光伏发电领域，特别涉及一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着工业发展和人口增长，化石能源日渐枯竭，生态环境不断恶化，寻求清洁能源已经成为全世界关注的焦点。太阳能电池因其绿色环保、储能丰富、受地理环境影响小的特点，被誉为最有前途的绿色能源。太阳能电池利用光伏发电直接将太阳能转化为电能，是人类应对能源危机和解决环境问题的重要对策。钙钛矿太阳能电池在短短几年时间里引起了全世界研究者们广泛的关注，其光电转换效率从开始的3.8％迅速提升。高的光电转换效率得益于钙钛矿材料本身的性质，钙钛矿材料具有优异的光学和电学性质，比如：直接带隙、高光吸收系数、高载流子迁移率、长载流子扩散长度。
要使钙钛矿太阳能电池实现商业化大批量生产，仍然存在许多关键的问题亟待解决，其中影响钙钛矿太阳电池性能的一个重要因素是钙钛矿材料薄膜形貌的控制。在电池器件的制备过程中，不连续的钙钛矿薄膜存在针孔问题，导致吸光度变差和光电流变小，同时引起上下的电子传输层和空穴传输层部分接触，增加漏电流路径，降低器件的并联电阻，破坏钙钛矿电池的性能。基于以上问题，急需一种钙钛矿光吸收层薄膜结晶均匀无针孔的太阳能电池及其制备方法。
发明内容
基于以上问题，本发明提供了一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明通过维生素材料修饰钙钛矿光吸收层，能够调控晶体薄膜的覆盖性及均匀性，减少针孔的形成，获得连续、无针孔、覆盖比面积大的钙钛矿薄膜，并获得性能优良的钙钛矿太阳能电池。
根据本发明实施例之一提供一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池包括：光吸收层，其中，所述光吸收层包括维生素材料与光吸收材料；至少一对相互接触的第一导电层与电子传输层，所述电子传输层与光吸收层接触；至少一对相互接触的第二导电层与空穴传输层，所述空穴传输层与光吸收层接触。
在一些实施例中，所述维生素材料为维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素H、维生素P、维生素PP、维生素M、维生素T或维生素U中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述光吸收材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbCl3、CsPbI3、CH3NH3SnI3、CH(NH2)2SnI3、CsSnI3、CsSnBr3、CsSnCl3、CH3NH3PbIxBr3-x、CH3NH3PbIxCl3-x、CH(NH2)2PbIxBr3-x、CH(NH2)2PbIxCl3-x、(CH3NH3)xFA1-xPbI3、Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-x-y或PbI3Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-xPbImBr3-x中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述电子传输层为SnO2、LiFx、KFx、CsFx、CsOx、MgFx、TiOx、ZnO、ZnS、CdS、CdSe、Zn2SO4、BaSnO3、SrTiO4、C60、PCBM或PC61BM中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、CeOx、PCBM、Cu2O、CuO、CuGaO2、CuOx:N、Cu2S、CuS、CuI、CuSCN、CuPc、CuInS2、ZnS、MoOx、MoS2、NiO、WOx、VOx、PEDOT:PPS、P3HT、PTAA、FDT、HPDI或HMDI中的一种或者其组合。
在一些实施例中，所述第一导电层为FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合；所述第二导电层为铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述第一导电层为FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合；所述第二导电层为FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合。
根据本发明实施例之一提供一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下工序：在第一导电层上形成电子传输层；在所述电子传输层上形成光吸收层，其中，所述光吸收层包括维生素材料与光吸收材料；在所述光吸收层上形成空穴传输层；在所述空穴传输层上形成第二导电层。
在一些实施例中，所述维生素材料为维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素H、维生素P、维生素PP、维生素M、维生素T或维生素U中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述光吸收材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbCl3、CsPbI3、CH3NH3SnI3、CH(NH2)2SnI3、CsSnI3、CsSnBr3、CsSnCl3、CH3NH3PbIxBr3-x、CH3NH3PbIxCl3-x、CH(NH2)2PbIxBr3-x、CH(NH2)2PbIxCl3-x、(CH3NH3)xFA1-xPbI3、Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-x-y或PbI3Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-xPbImBr3-x中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述电子传输层为SnO2、LiFx、KFx、CsFx、CsOx、MgFx、TiOx、ZnO、ZnS、CdS、CdSe、Zn2SO4、BaSnO3、SrTiO4、C60、PCBM或PC61BM中的一种或多种组合。
在一些实施例中，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、CeOx、PCBM、Cu2O、CuO、CuGaO2、CuOx:N、Cu2S、CuS、CuI、CuSCN、CuPc、CuInS2、ZnS、MoOx、MoS2、NiO、WOx、VOx、PEDOT:PPS、P3HT、PTAA、FDT、HPDI或HMDI中的一种或者其组合。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明在光吸收层中掺杂维生素材料，相比于未修饰的光吸收层，维生素材料修饰的吸收层薄膜结晶晶粒更分散、均匀，并没有无针孔，有利于电荷传输，提高了电池性能；
(2)本发明在光吸收层中掺杂维生素材料，相比于未修饰的光吸收层，维生素材料修饰的光吸收层接触角变大，使得光吸收层的疏水性能提升，进而提高了电池的稳定性；
(3)本发明制备的太阳能电池的光电转换效率为19.43％，相对于未修饰太阳能电池17.00％的光电转换效率，提高了太阳能电池的光电转换效率。
附图说明
图1是根据本发明一些实施例所示的维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
图2是根据本发明一些实施例所示的维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的另一结构示意图。
图3是根据本申请一些实施例所示的维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池制备方法的示意性流程图。
图4是根据本申请一些实施例所示的维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池制备方法的另一示意性流程图。
图5是实施例1中的烟酰胺修饰钙钛矿光吸收层和未修饰的钙钛矿光吸收层薄膜的SEM形貌对比图。
图6是实施例1中的烟酰胺修饰钙钛矿光吸收层和未修饰的钙钛矿光吸收层薄膜与水滴接触的接触角对比图。
图7是实施例1中的烟酰胺修饰钙钛矿光吸收层太阳能电池和未修饰的钙钛矿光吸收层太阳能电池的J-V曲线图。
其中，101光吸收层，102电子传输层，103空穴传输层，104第一导电层，105第二导电层。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/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。
图1是根据本发明一些实施例所示的维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。在一些实施例中，所述维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池可以包括：
光吸收层101，其中，所述光吸收层101可以产生光生电子与光生空穴的载流子以便于将光能转换为电能。
在一些实施例中，光吸收层101可以为包括维生素材料与光吸收材料的混合材料层，其中维生素材料可以改善光吸收层101晶体表面处的缺陷，避免因光吸收层101晶体表面处的缺陷导致载流子的复合，进而减小漏电流的产生，从而实现改善电池的性能；光吸收材料可以作为产生光电效应的主体材料，实现光电转换生成光生电子与光生空穴的目的。在一些实施例中，维生素材料可以是维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素H、维生素P、维生素PP、维生素M、维生素T或维生素U中的一种或多种组合。在一些实施例中，光吸收材料可以是CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbCl3、CsPbI3、CH3NH3SnI3、CH(NH2)2SnI3、CsSnI3、CsSnBr3、CsSnCl3、CH3NH3PbIxBr3-x、CH3NH3PbIxCl3-x、CH(NH2)2PbIxBr3-x、CH(NH2)2PbIxCl3-x、(CH3NH3)xFA1-xPbI3、Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-x-y或PbI3Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-xPbImBr3-x中的一种或多种组合。
至少一对相互接触的第一导电层104与电子传输层102，其中，所述电子传输层102与光吸收层101接触。
在一些实施例中，当所述维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池为正型的太阳能电池时，第一导电层104可以是透明的导电层，使得光照透过透明的导电层并通过电子传输层102到达光吸收层101。在一些实施例中，透明的导电层是可以FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，当所述维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池为反型的太阳能电池时，第一导电层104可以是金属导电层，光照从第二导电层105通过空穴传输层103到达光吸收层101。在一些实施例中，金属导电层可以是铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种组合材料层。
在一些实施例中，电子传输层102可以与光吸收层101的光吸收材料通过能级匹配关系实现电子选择性传输特性，其中，电子选择性传输特性可以是指让光吸收材料中产生的光生电子通过但阻止光生空穴通过的特性，从而有效分离光生电子，避免在储能过程中光生电子与光生空穴复合降低光电转换效率的问题。在一些实施例中，能级匹配关系可以通过电子传输层102与光吸收材料的材料选择实现，例如可以选择电子传输层102为SnO2薄膜、光吸收材料为钙钛矿(ABX3)材料实现电子选择性传输特性，又例如，可以选择电子传输层102为PCBM薄膜、光吸收材料为CsPb(I1-xBrx)3材料实现电子选择性传输特性。在一些实施例中，电子传输层102SnO2、LiFx、KFx、CsFx、CsOx、MgFx、TiOx、ZnO、ZnS、CdS、CdSe、Zn2SO4、BaSnO3、SrTiO4、C60、PCBM或PC61BM中的一种或多种组合材料层。
至少一对相互接触的第二导电层105与空穴传输层103，其中，所述空穴传输层103与光吸收层101接触。
在一些实施例中，当所述维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池为反型的太阳能电池时，第二导电层105可以是透明的导电层，使得光照透过第二导电层105并通过电子传输层102到达光吸收层101。在一些实施例中，透明的导电层是可以FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，当所述维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池为正型的太阳能电池时，第二导电层105可以是金属导电层，光照从第一导电层104通过空穴传输层103到达光吸收层101。在一些实施例中，金属导电层可以是铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种组合材料层。
在一些实施例中，空穴传输层103可以与光吸收材料通过能级匹配关系实现空穴选择性传输特性，其中，空穴选择性传输特性可以是指让光吸收材料中产生的光生空穴通过但阻止光生电子通过的特性，从而有效分离光生空穴，避免在储能过程中光生电子与光生空穴复合降低光电转换效率的问题。在一些实施例中，能级匹配关系可以通过光吸收材料与空穴传输层103的材料选择实现，例如可以选择空穴传输层103为Spiro-OMeTAD薄膜、光吸收材料为钙钛矿(ABX3)材料实现空穴选择性传输特性，又例如，可以选择空穴传输层103为NiO薄膜、光吸收材料为CsPb(I1-xBrx)3材料实现空穴选择性传输特性。在一些实施例中，空穴传输层103为可以Spiro-OMeTAD、CeOx、PCBM、Cu2O、CuO、CuGaO2、CuOx:N、Cu2S、CuS、CuI、CuSCN、CuPc、CuInS2、ZnS、MoOx、MoS2、NiO、WOx、VOx、PEDOT:PPS、P3HT、PTAA、FDT、HPDI或HMDI中的一种或者其组合材料层。
值得注意的是，上述关于维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的结构描述仅为示例性的，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104、电子传输层102、光吸收层101、空穴传输层103可以是如图1所示依次接触的结构形式，还可以是如图2所示的第一导电层104与电子传输层102、第二导电层105与空穴传输层103分别与光吸收层101在同一侧接触的结构形式。此外，关于第一导电层104、第二导电层105两者也是具有可互换性的，例如第一导电层104可以为透明的导电层，第二导电层105为金属导电层；又例如第一导电层104可以为金属导电层，第二导电层105可以为透明导电层；再例如，第一导电层104、第二导电层105均可以为透明导电层。
应当注意的是，上述关于维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的各个层级结构仅为必须的结构，所指的各个材料层接触(例如电子传输层102与光吸收层101接触)，可以是指材料层直接接触，也可以是指材料层通过缓冲层或者中间层接触实现各个主要功能层之间的能级匹配、消除或钝化界面的缺陷或改善晶体质量等目的，例如，可以在电子传输层102与光吸收层101通过碘化铅薄膜接触，其中碘化铅薄膜作为缓冲层实现抑制载流子非复合复合的目的。
图3是根据本申请一些实施例所示的维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池制备方法的示意性流程图。在一些实施例中，所示维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池制备方法可以包括：
步骤S301，在第一导电层104上形成电子传输层102。
在一些实施例中，在所述第一导电层104上形成电子传输层102可以采用物理气相沉积(PVD)(包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发等)、原子层沉积(ALD)、脉冲激光沉积(PLD)、喷雾热解、喷涂、旋涂、刮涂、丝网印刷、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等方法。在一些实施例中，在所述第一导电层104上形成电子传输层102前，还可以对第一导电层104进行预处理，例如进行清洗、氮气吹干、紫外线臭氧等预处理，保证第一导电层104的清洁性。在一些实施例中，第一导电层104是可以FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，第一导电层104可以是铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，电子传输层102SnO2、LiFx、KFx、CsFx、CsOx、MgFx、TiOx、ZnO、ZnS、CdS、CdSe、Zn2SO4、BaSnO3、SrTiO4、C60、PCBM或PC61BM中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，在所述第一导电层104上形成电子传输层102可以是通过配置SnO2前驱体溶液在第一导电层104上经刮涂、干燥、退火等工艺形成的。
步骤S302，在所述电子传输层102上形成光吸收层101，其中，所述光吸收层101包括维生素材料与光吸收材料。
在一些实施例中，在所述电子传输层102上形成光吸收层101可以是采用采用物理气相沉积(PVD)(包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发等)、原子层沉积(ALD)、脉冲激光沉积(PLD)、喷雾热解、喷涂、旋涂、刮涂、丝网印刷、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等方法。在一些实施例中，在所述电子传输层102上形成光吸收层101前，还可以在电子传输层102表面形成碘化铅薄膜作为电子传输层102与光吸收层101的缓冲层。在一些实施例中，在电子传输层102表面形成碘化铅薄膜可以是通过配置碘化铅前驱体容易经刮涂形成的。
在一些实施例中，维生素材料可以是维生素A、维生素B、维生素C、维生素D、维生素E、维生素K、维生素H、维生素P、维生素PP、维生素M、维生素T或维生素U中的一种或多种组合。在一些实施例中，光吸收材料可以是CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbCl3、CsPbI3、CH3NH3SnI3、CH(NH2)2SnI3、CsSnI3、CsSnBr3、CsSnCl3、CH3NH3PbIxBr3-x、CH3NH3PbIxCl3-x、CH(NH2)2PbIxBr3-x、CH(NH2)2PbIxCl3-x、(CH3NH3)xFA1-xPbI3、Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-x-y或PbI3Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-xPbImBr3-x中的一种或多种组合。在一些实施例中，在所述电子传输层102上形成光吸收层101可以是通过配置包含光吸收材料与维生素材料的前驱体溶液经刮涂、干燥、退火等工艺形成的。
步骤S303，在所述光吸收层101上形成空穴传输层103。
在一些实施例中，在所述光吸收层101上形成空穴传输层103可以是采用采用物理气相沉积(PVD)(包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发等)、原子层沉积(ALD)、脉冲激光沉积(PLD)、喷雾热解、喷涂、旋涂、刮涂、丝网印刷、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)等方法。在一些实施例中，空穴传输层103为可以Spiro-OMeTAD、CeOx、PCBM、Cu2O、CuO、CuGaO2、CuOx:N、Cu2S、CuS、CuI、CuSCN、CuPc、CuInS2、ZnS、MoOx、MoS2、NiO、WOx、VOx、有机材料PEDOT:PPS、P3HT、PTAA、FDT、HPDI或HMDI中的一种或者其组合材料层。在一些实施例中，在所述光吸收层101上形成空穴传输层103可以配置Spiro-OMeTAD前驱体溶液经刮涂、干燥、退火等工艺形成的。
S304，在所述空穴传输层103上形成第二导电层105。
在一些实施例中，在所述空穴传输层103上形成第二导电层105可以是采用采用物理气相沉积(PVD)(包括磁控溅射、电子束蒸发、热蒸发等)、原子层沉积(ALD)、脉冲激光沉积(PLD)、喷雾热解、喷涂、旋涂、刮涂、丝网印刷、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、热蒸发等方法。在一些实施例中，第二导电层105是可以FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，第二导电层105可以是铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种组合材料层。在一些实施例中，在所述空穴传输层103上形成第二导电层105可以是磁控溅射或者热蒸发制备在空穴传输层103上制备金属电极层。
经过上述步骤即可制得维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，值得注意是的，上述关于维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池制备方法的步骤顺序是不具备限制性的，例如，如图4所示，方法的步骤顺序还可以是从第二导电层105开始依次集成空穴传输层103、光吸收层101、电子传输层102、第一导电层104步骤S401-S404的顺序。
为了进一步使本领域技术人员能够直接实施上述维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池制备方法，下面示例性说明制备过程所使用材料及制备过程所需参数，值得注意的是，关于制备过程所使用材料及制备过程所需参数仅为示例性，并非旨在对本发明内容的限制。
实施例1：
在本实施例中，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，维生素PP作为光吸收层101的添加剂，(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜。
步骤1，对于刻蚀好的ITO(掺杂In的氧化锡)导电玻璃衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干，并进行紫外臭氧预处理；
步骤2，在清洁的ITO导电玻璃衬底上制备致密SnO2电子传输层102，其膜厚为30nm。具体操作方法为：配制3％SnO2水胶体溶液，3000转/分的转速旋涂30s，150℃热退火30min；
步骤3，将PbI2加入体积比为9:1的DMF和DMSO溶剂中，配置碘化铅前驱体溶液，其浓度为1.3mol/L；将碘化铅溶液于1500转/分下旋涂至SnO2电子传输层102上，70℃下退火10s，制备碘化铅薄膜；
步骤4，将质量比为60mg：6mg：6mg的CH(NH2)2I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl加入1mL异丙醇中，在该前驱体溶液加入维生素PP，其浓度为5mg/mL，然后将该溶液旋涂在步骤③制得的样品上，150℃加热退火15min，制备(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x钙钛矿光吸收层101；
步骤5，在制得的钙钛矿光吸收层101上旋涂含有2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐和四丁基吡啶的氯苯混合溶液，混合液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴浓度为0.06mol/L，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐浓度为0.03mol/L，四丁基吡啶浓度为0.2mol/L，旋涂完后将制得的样品在干燥环境中放置8小时；
步骤6，采用磁控溅射法在步骤6所制得的样品上溅射一层银电极，即得到维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池。
实施例2：
在本实施例中，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，维生素PP作为光吸收层101的添加剂，(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜，其中，步骤1～3与实施例1步骤1～3相同，步骤5～6与实施例1步骤5～6相同，此处不再赘述，仅说明本实施例步骤4。
步骤4，将质量比为60mg：6mg：6mg的CH(NH2)2I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl加入1mL异丙醇中，在该前驱体溶液加入维生素PP，其浓度为1mg/mL，然后将该溶液旋涂在步骤③所制得的样品上，150℃加热退火15min，制备(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x钙钛矿光吸收层101。
实施例3：
在本实施例中，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，维生素B作为光吸收层101的添加剂，(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜，其中，步骤1～3与实施例1步骤1～3相同，步骤5～6与实施例1步骤5～6相同，此处不再赘述，仅说明本实施例步骤4。
步骤4，将质量比为60mg：6mg：6mg的CH(NH2)2I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl加入1mL异丙醇中，在该前驱体溶液加入维生素B，其浓度为7mg/mL，然后将该溶液旋涂在步骤S2所制得的样品上，150℃加热退火25min，制备(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x钙钛矿光吸收层101。
实施例4：
在本实施例中，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，维生素A作为光吸收层101的添加剂，CH3NH3PbI3作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜，其中，步骤1～3与实施例1步骤1～3相同，步骤5～6与实施例1步骤5～6相同，此处不再赘述，仅说明本实施例步骤4。
步骤4，将60mg的CH(NH2)2I加入1mL异丙醇中，在该前驱体溶液加入维生素A，其浓度为5mg/mL，然后将该溶液旋涂在步骤S2所制得的样品上，150℃加热退火30min，制备CH3NH3PbI3钙钛矿光吸收层101。
实施例5：
在本实施例中，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，维生素C作为光吸收层101的添加剂，(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜，其中，步骤1～3与实施例1步骤1～3相同，步骤5～6与实施例1步骤5～6相同，此处不再赘述，仅说明本实施例步骤4。
步骤4，将质量比为60mg：6mg：6mg的CH(NH2)2I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl加入1mL异丙醇中，在该前驱体溶液加入维生素C，其浓度为5mg/mL，然后将该溶液旋涂在步骤S2所制得的样品上，150℃加热退火40min，制备(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x钙钛矿光吸收层101。
实施例6：
在本实施例中，维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，维生素E作为光吸收层101的添加剂，CH3NH3PbIxBr3-x作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜，其中，步骤1～3与实施例1步骤1～3相同，步骤5～6与实施例1步骤5～6相同，此处不再赘述，仅说明本实施例步骤4。
步骤4，将质量比为60mg：6mg的CH(NH2)2I、CH3NH3Br加入1mL异丙醇中，在该前驱体溶液加入维生素E，其浓度为10mg/mL，然后将该溶液旋涂在步骤S2所制得的样品上，150℃加热退火25min，制备CH3NH3PbIxBr3-x钙钛矿光吸收层101。
对比实施例1：
在本实施例中，钙钛矿太阳能电池的第一导电层104为ITO，电子传输层102为SnO2，(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x作为光吸收层101的光吸收材料，第二导电层105为金属银薄膜。
步骤1，对于刻蚀好的ITO(掺杂In的氧化锡)导电玻璃衬底进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干，并进行紫外臭氧预处理；
步骤2，在清洁的ITO导电玻璃衬底上制备致密SnO2电子传输层102，其膜厚为30nm。具体操作方法为：配制3％SnO2水胶体溶液，3000转/分的转速旋涂30s，150℃热退火30min；
步骤3，将PbI2加入体积比为9:1的DMF和DMSO溶剂中，配置碘化铅前驱体溶液，其浓度为1.3mol/L；将碘化铅溶液于1500转/分下旋涂至SnO2电子传输层102上，70℃下退火10s，制备碘化铅薄膜；
步骤4，将质量比为60mg：6mg：6mg的CH(NH2)2I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl加入1mL异丙醇中，然后将该溶液旋涂在步骤③制得的样品上，150℃加热退火15min，制备(CH(NH2)2PbI3)1-x(CH3NH3PbBr3)x钙钛矿光吸收层101；
步骤5，在制得的钙钛矿光吸收层101上旋涂含有2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐和四丁基吡啶的氯苯混合溶液，混合液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴浓度为0.06mol/L，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐浓度为0.03mol/L，四丁基吡啶浓度为0.2mol/L，旋涂完后将制得的样品在干燥环境中放置8小时；
步骤6，采用磁控溅射法在步骤⑤所制得的样品上溅射一层银电极，即得到维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池。
对比试验：
采用实施例1与对比实施例1制备的太阳电池样品进行性能测试表征。
图5是实施例1中的烟酰胺修饰钙钛矿光吸收层101和对比实施例1未修饰的钙钛矿光吸收层101薄膜的SEM形貌对比图。其中，(a)是未修饰的钙钛矿光吸收层101，(b)是烟酰胺修饰的钙钛矿光吸收层101。从图中可以看出，相比于未修饰的钙钛矿光吸收层101，烟酰胺修饰的钙钛矿光吸收层101薄膜结晶更好，晶粒更分散和均匀，无针孔，有利于电荷传输，提高了电池性能。
图6是实施例1中的烟酰胺修饰钙钛矿光吸收层101和未对比实施例1修饰的钙钛矿光吸收层101薄膜与水滴接触的接触角对比图。其中，(a)是未修饰的钙钛矿光吸收层101，(b)是烟酰胺修饰的钙钛矿光吸收层101。从图中可以看出，相比于未修饰的钙钛矿光吸收层101，烟酰胺修饰的钙钛矿光吸收层101接触角变大，这说明钙钛矿薄膜的疏水性能提高，提高了电池的稳定性。
图7是实施例1中的烟酰胺修饰钙钛矿光吸收层101和对比实施例1未修饰的钙钛矿光吸收层101的J-V曲线图，电池的有效面积为0.08cm2。测试结果显示，浓度为5mg/mL的烟酰胺修饰的钙钛矿光吸收层101，电池的光电转换效率为19.43％，未修饰的电池光电转换效率为17.00％，可见本申请维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池相对于传统的太阳能电池提高了光电转换效率。
综上所述，本发明通过维生素材料修饰钙钛矿光吸收层101，能够调控晶体薄膜的覆盖性及均匀性，减少针孔的形成，获得连续、无针孔、覆盖比面积大的钙钛矿薄膜，并获得性能优良的钙钛矿太阳能电池。
如上即为本发明的实施例。上述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：
光吸收层，其中，所述光吸收层包括维生素材料与光吸收材料，所述维生素材料为维生素PP；
至少一对相互接触的第一导电层与电子传输层，所述电子传输层与光吸收层接触；
至少一对相互接触的第二导电层与空穴传输层，所述空穴传输层与光吸收层接触。
2.如权利要求1所述的一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述光吸收材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbCl3、CsPbI3、CH3NH3SnI3、CH(NH2)2SnI3、CsSnI3、CsSnBr3、CsSnCl3、CH3NH3PbIxBr3-x、CH3NH3PbIxCl3-x、CH(NH2)2PbIxBr3-x、CH(NH2)2PbIxCl3-x、(CH3NH3)xFA1-xPbI3、Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-x-y或PbI3Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-xPbImBr3-x中的一种或多种组合。
3.如权利要求1所述的一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述电子传输层为SnO2、LiFx、KFx、CsFx、CsOx、MgFx、TiOx、ZnO、ZnS、CdS、CdSe、Zn2SO4、BaSnO3、SrTiO4、C60、PCBM中的一种或多种组合。
4.如权利要求1所述的一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、CeOx、Cu2O、CuO、CuGaO2、CuOx:N、Cu2S、CuS、CuI、CuSCN、CuPc、CuInS2、ZnS、MoOx、MoS2、NiO、WOx、VOx、PEDOT:PPS、P3HT、PTAA、FDT、HPDI或HMDI中的一种或者其组合。
5.如权利要求1～4任一项所述的一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述第一导电层为FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合；
所述第二导电层为铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或多种组合。
6.如权利要求1～4任一项所述的一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述第一导电层为FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合；
所述第二导电层为FTO、ITO、IZO、AZO材料中的一种或多种组合。
7.一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在第一导电层上形成电子传输层；
在所述电子传输层上形成光吸收层，其中，所述光吸收层包括维生素材料与光吸收材料，所述维生素材料为维生素PP；
在所述光吸收层上形成空穴传输层；
在所述空穴传输层上形成第二导电层。
8.如权利要求7所述的一种维生素有机物质修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，
所述光吸收材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CH(NH2)2PbI3、CH(NH2)2PbBr3、CH(NH2)2PbCl3、CsPbI3、CH3NH3SnI3、CH(NH2)2SnI3、CsSnI3、CsSnBr3、CsSnCl3、CH3NH3PbIxBr3-x、CH3NH3PbIxCl3-x、CH(NH2)2PbIxBr3-x、CH(NH2)2PbIxCl3-x、(CH3NH3)xFA1-xPbI3、Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-x-y或PbI3Csx(CH3NH3)y(CH(NH2)2)1-xPbImBr3-x中的一种或多种组合。
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