CN112018247A - 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿吸收层包括化学通式为ABX3的化合物，包括：界面修饰层，所述界面修饰层包括冠醚或冠醚衍生物中的至少一种；通过在钙钛矿太阳能电池中引用包括冠醚或其衍生物的界面修饰层，使钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层的晶界和界面处形成具有冠醚基团与金属B的二阶离子形成络合物膜层，由于冠醚具有疏水的外部骨架，又具有亲水的可以和金属离子成键的内腔，当在钙钛矿吸收层的晶界或界面处形成了络合物膜层后，从而产生了具有隔离H2O、O2、O3的效果，能够防止三维钙钛矿晶体分解或者晶体相态的转化对钙钛矿太阳能电池的电流密度的影响，并在晶界和界面处填充缺陷，减少界面缺陷，减小串联电阻，增大并联电阻，从而增加电池的填充因子，延长钙钛矿太阳能电池的寿命。

Description

钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。钙钛矿晶体为ABX3结构，一般为立方体或八面体结构。在钙钛矿晶体中，A离子位于立方晶胞的中心，被12个X离子包围成配位立方八面体，配位数为12；B离子位于立方晶胞的角顶，被6个X离子包围成配位八面体，配位数为6，其中，A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆积。在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。
然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被FTO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集，当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合(钙钛矿层不致密的情况)、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低。最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。当前，金属卤化物钙钛矿被视为一种非常有前景的光伏材料，其光电转换效率已经从当时的3.8％提升到了现在的24.2％。然而，稳定性成为阻碍钙钛矿产业化的最大问题，钙钛矿太阳能电池未封装时容易吸收空气中的水分，在氧气、臭氧、光照等条件下易分解，目前主要通过钙钛矿吸收层的组分调控可以在一定程度上有所改善，但是对填充因子的提升物明显变化。仅对电池进行封装，稳定性有一定的改善，但是也还是会衰减很厉害。
发明内容
为了解决现有技术中钙钛矿太阳能电池稳定性差，通过现有的封装工艺难以明显改善钙钛矿太阳能电池寿命的技术的问题，本发明目提供一种能够明显改善钙钛矿太阳能电池稳定性，提升钙钛矿电池寿命的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。具体的技术方案如下：
一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿吸收层包括化学通式为ABX3的化合物，包括：界面修饰层，所述界面修饰层包括冠醚或冠醚衍生物中的至少一种。
可选的，所述钙钛矿太阳能电池依次包括：
透明衬底层；
透明导电膜；
电子传输层；
钙钛矿吸收层；
所述界面修饰层；
空穴传输层；
电极。
可选的，所述冠醚包括14-冠-4、15-冠-5、18-冠-6，所述冠醚衍生物包括二苯并14-冠-4、二苯并18-冠-6。
可选的，所述透明衬底包括透明玻璃或者有机聚合物透明衬底。
可选的，所述透明导电膜包括掺氟氧化锡或氧化铟锡中的至少一种。
可选的，所述电子传输层包括ZnO、SnO2或TiO2中的至少一种。
可选的，所述A为甲胺基团、甲脒基团或Cs中的至少一种，所述B为具有二价金属中的至少一种，所述X为卤素中的至少一种。
可选的，所述空穴传输层包括2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、3-己基噻吩的聚合物、聚(3,4－乙烯二氧噻吩)－聚苯乙烯磺酸中的至少一种。
另一方面，根据所述钙钛矿太阳能电池，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
提供透明衬底层；
提供透明导电膜到所述透明衬底上；
提供电子传输层到所述透明导电膜上；
提供钙钛矿吸收层到所述电子传输层上；
提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上；
提供空穴传输层到所述界面修饰层上；
提供电极到所述空穴传输层上。
可选的，所述提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上包括：
提供冠醚的醇溶液；
将所述冠醚的醇溶液涂覆到所述钙钛矿吸收层上；
将涂覆有所述冠醚的所述钙钛矿吸收层进行退火。
通过在钙钛矿太阳能电池中引用包括冠醚或其衍生物的界面修饰层，使钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层的晶界和界面处形成具有冠醚基团与金属B的二阶离子形成络合物膜层，由于冠醚具有疏水的外部骨架，又具有亲水的可以和金属离子成键的内腔，当在钙钛矿吸收层的晶界或界面处形成了络合物膜层后，从而产生了具有隔离H2O、O2、O3的效果，能够防止三维钙钛矿晶体分解或者晶体相态的转化对钙钛矿太阳能电池的电流密度的影响，并在晶界和界面处填充缺陷，减少界面缺陷，减小串联电阻，增大并联电阻，从而增加电池的填充因子，延长钙钛矿太阳能电池的寿命。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例一种钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2是本发明实施例另一种钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图3是本发明实施例再一种钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图4是本发明实施例一种钙钛矿太阳能电池的制备流程图；
图5是本发明实施例另一种钙钛矿太阳能电池的制备流程图；
图6是本发明实施例再一种钙钛矿太阳能电池的制备流程图；
图7是本发明实施例和对比例的电池效率寿命测试图。
1-透明衬底层；2-透明导电膜；3-电子传输层；4-钙钛矿吸收层；5-界面修饰层；6-空穴传输层；7电极。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在一些实施例中，提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿吸收层包括化学通式为ABX3的化合物，包括：界面修饰层，所述界面修饰层包括冠醚或冠醚衍生物中的至少一种。通过在钙钛矿太阳能电池中引用包括冠醚或其衍生物的界面修饰层，使钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层的晶界和界面处形成具有冠醚基团与金属B的二阶离子形成络合物膜层，由于冠醚具有疏水的外部骨架，又具有亲水的可以和金属离子成键的内腔，当在钙钛矿吸收层的晶界或界面处形成了络合物膜层后，从而产生了具有隔离H2O、O2、O3的效果，能够防止三维钙钛矿晶体分解或者晶体相态的转化对钙钛矿太阳能电池的电流密度的影响，并在晶界和界面处填充缺陷，减少界面缺陷，减小串联电阻，增大并联电阻，从而增加电池的填充因子，延长钙钛矿太阳能电池的寿命。
在一些实施例中，提供一种钙钛矿太阳能电池，如图1所示，依次包括：透明衬底层1；透明导电膜2；电子传输层3；钙钛矿吸收层4；所述界面修饰层5；空穴传输层6；电极7。或提供一种钙钛矿太阳能电池，如图2所示，依次包括：透明衬底层1；透明导电膜2；电子传输层3；所述界面修饰层5；钙钛矿吸收层4；空穴传输层6；电极7。或是提供一种钙钛矿太阳能电池，如图3所示，依次包括：透明衬底层1；透明导电膜2；电子传输层3；所述界面修饰层5；钙钛矿吸收层4；所述界面修饰层5；空穴传输层6；电极7。通过在钙钛矿太阳能电池中引用包括冠醚或其衍生物的界面修饰层，使钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层的晶界和界面处形成具有冠醚基团与金属B的二阶离子形成络合物膜层，由于冠醚具有疏水的外部骨架，又具有亲水的可以和金属离子成键的内腔，当在钙钛矿吸收层的晶界或界面处形成了络合物膜层后，从而产生了具有隔离H2O、O2、O3的效果，能够防止三维钙钛矿晶体分解或者晶体相态的转化对钙钛矿太阳能电池的电流密度的影响，并在晶界和界面处填充缺陷，减少界面缺陷，减小串联电阻，增大并联电阻，从而增加电池的填充因子，延长钙钛矿太阳能电池的寿命。
具体的，以包括18-冠-6冠醚作为界面修饰层，包括Pb2+的钙钛矿吸收层的钙钛矿太阳能电池为例，18-冠-6冠醚的(化学结构式：
Figure BDA0002081033440000061
)半径约为300pm(pm，即皮米，1埃＝100皮米)，在反应中，18-冠-6冠醚和Pb2+金属离子络合，从而在钙钛矿吸收层的界面处形成络合物膜层，次络合物膜层的外部骨架保留了冠醚基团的结构，具有输水的性质，而内部与Pb2+金属离子络合，从而失去了亲水的性质，因此在晶界或界面处，因为此络合物膜层的存在，使钙钛矿太阳能电池具有隔离H2O、O2、O3的效果，能够有效的防止三维钙钛矿晶体分解或者晶体相态的转化对钙钛矿太阳能电池的电流密度的影响。并在晶界和界面处填充缺陷，减少界面缺陷，减小串联电阻，增大并联电阻，从而增加电池的填充因子。可选的，所述冠醚包括14-冠-4、15-冠-5、18-冠-6，所述冠醚衍生物包括二苯并14-冠-4、二苯并18-冠-6。
在一些实施例中，所述透明衬底包括透明玻璃或者有机聚合物透明衬底，例如PET、PEN等有机聚合物透明衬底。可选的，所述透明导电膜包括掺氟氧化锡(FTO)、氧化铟锡(ITO)中的至少一种。具体的，FTO与透明玻璃通过掺杂，从而形成FTO导电玻璃层。ITO与透明玻璃是利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡膜加工制作成的。另外，FTO和ITO也可以通过磁控溅射的方法镀到PET有机聚合物透明衬底上。通过在钙钛矿太阳能电池中设置透明基底以及在透明基底上的透明导电膜，使钙钛矿太阳能电池透过光谱更宽，导电性能更好，电阻率更低，有利于钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的提升。
在一些实施例中，所述电子传输层包括ZnO、SnO2或TiO2中的至少一种，作为电子传输层的锌氧化物包括致密氧化锌薄膜、氧化锌纳米颗粒薄膜、氧化锌纳米柱薄膜等；作为电子传输层的钛氧化物包括锐钛矿二氧化钛薄膜，金红石二氧化钛薄膜和板钛矿二氧化钛薄膜。电子传输层在钙钛矿太阳能电池中的主要作用是阻挡空穴传输以及平衡电子空穴传输距离，与钙钛矿吸收层形成电子选择性接触，满足能级匹配，提高光生电子抽取效率，并有效阻挡空穴向阴极方向迁移，通过控制电子传输层和空虚传输层的厚度，能平衡载流子在各层的传输，避免电荷积累对钙钛矿电池寿命的影响。
在一些实施例中，所述钙钛矿吸收层包括化学通式为ABX3的化合物，所述A为甲胺、甲脒基团或者铯(Cs)中的至少一种，所述B为具有二价金属中的至少一种，所述X为卤素中的至少一种。可选的，所述B为Pb、Sn、Ge、Co、Fe、Mn、Cu和Ni中的至少一种，X为CL、Br、I中的至少一种。
在一些实施例中，所述空穴传输层包括2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-O MeTAD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、3-己基噻吩的聚合物(P3HT)或聚(3,4－乙烯二氧噻吩)－聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PASS)中的至少一种，具有良好的空穴迁移率；且与钙钛矿材料价带匹配的HOMO能级，保证空穴在各个界面的有效注入与传输，极大的提升了钙钛矿太阳能电池的发电效率和稳定性。金电极或银电极具有较好的导电性和抗氧化性，提升了钙钛矿电池的使用寿命。
在一些实施例中提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，如图4所示，包括：
S1提供透明衬底层；
S2提供透明导电膜到所述透明衬底上；
S3提供电子传输层到所述透明导电膜上；
S4提供钙钛矿吸收层到所述电子传输层上；
S5提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上；
S6提供空穴传输层到所述界面修饰层上；
S7提供电极到所述空穴传输层上。
具体的，透明导电层为FTO透明导电膜，或ITO透明导电膜。
具体的，提供电子传输层到透明导电膜上的具体工艺包括，旋涂镀膜工艺，磁控溅射镀膜工艺，水热镀膜工艺，原子层沉积工艺，化学水浴沉积等。
具体的，旋涂镀膜工艺包括：配置ZnO、SnO2或TiO2水溶液；将清洗好的FTO或ITO透明导电膜放在匀胶机上，将ZnO、SnO2或TiO2溶液均匀的旋涂在FTO或ITO透明导电膜表面，然后将ZnO、SnO2或TiO2层的FTO或ITO透明导电膜放置于加热台上，进行退火。旋涂工艺简单，材料利用率高，镀膜效果稳定。
具体的，磁控溅射镀膜工艺包括：将ZnO、SnO2或TiO2靶材安装到磁射靶位上，通过控制磁控溅射功率和时间，可适当控制电子传输层薄膜在FTO透明导电膜上的厚度，并完成镀膜工艺。
具体的，水热镀膜工艺包括：配置ZnO、SnO2或TiO2的生长液，将FTO或ITO透明导电膜的导电层倒置到生长液中，进行水热生长0.5-3小时，取出后进行烘干并进行加热处理，通过改变生长时间和生长液的浓度可以控制电子传输层薄膜的厚度和密度。
具体的，提供包含ABX3的化合物的钙钛矿吸收层到所述电子传输层上，包括：(1)一步旋涂法，(2)旋涂浸泡法，(3)两部旋涂法。
(1)一步旋涂法，提供BX2化合物和A的盐溶液，然后将所述BX2化合物和A的盐溶液旋涂于电子传输层上。具体的，以PbI2为例，将其与甲脒氢碘酸盐(FAI)，溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)混合溶液里，然后将此溶液旋涂于电子传输层上，PbI2和CH3NH3I发生反应，在此过程中薄膜的颜色由浅黄色或无色变为深棕色或黑色，最终得到钙钛矿吸收层薄膜。
(2)旋涂浸泡法，提供BX2溶液，旋涂BX2溶液于所述电子传输层上形成薄膜，并将所述薄膜浸入溶解有A的盐溶液中。以PbCl2为例，将其溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液或其他溶剂里，将此溶液旋涂于电子传输层上形成PbCl2薄膜，然后将甲脒氢氯酸盐(FACl)溶于异丙醇中，再将样品浸入此溶液中，PbCl2和甲脒氢氯酸盐(FACl)发生反应成CH3NH3PbCl3，最终得到钙钛矿薄膜。
(3)两部旋涂法，提供BX2溶液，并将BX2溶液旋涂于电子传输层上形成薄膜，将A的盐溶液旋涂于薄膜上。以PbBr2为例，将其溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)混合溶液或其他溶剂里，并将此溶液旋涂于电子传输层上形成PbBr2的薄膜，然后将FABr异丙醇溶液旋涂于PbBr2薄膜上，PbBr2和甲脒氢溴酸盐(FABr)发生反应成CH3NH3PbBr3，最终在适当的温度下干燥，得到钙钛矿薄膜。
可选的，上述A的盐溶液还可以是甲基碘化胺(MAI，CH3NH3I)、甲脒氢溴酸(FABr，NH2CHNH2Br)、甲基溴化胺(MABr，CH3NH3Br)、甲基氯化胺(MACl，CH3NH3Cl)、甲脒氢氯酸(FACl，NH2CHNH2Cl)或者是它们的混合物。
具体的，提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上包括：提供冠醚的醇溶液；将所述冠醚的醇溶液涂覆到所述钙钛矿吸收层上；将涂覆有所述冠醚的所述钙钛矿吸收层进行退火。可选的，所述冠醚的出溶液的浓度为5mg-20mg/ml，所述退火的温度为130℃～180℃，所述退火时间为3-10min。
具体的，提供空穴传输层沉积到所述界面修饰层上，包括旋涂法，以2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OmeTad)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、3-己基噻吩的聚合物(P3HT)或聚(3,4－乙烯二氧噻吩)－聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PASS)中的至少一种作为空穴传输层的活性物质在钙钛矿吸收层上进行旋涂。
具体的，提供电极到所述空穴传输层上，包括磁控溅射工艺和真空蒸镀工艺，具有较好的稳定性和导电性。
在一些实施例中，所述S4步骤和所述S5步骤可以互换，
具体的，在一些实施例中提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，如图5所示，包括：
S1提供透明衬底层；
S2提供透明导电膜到所述透明衬底上；
S3提供电子传输层到所述透明导电膜上；
S4提供界面修饰层到所述电子传输层上；
S5提供钙钛矿吸收层到所述界面修饰层上；
S6提供空穴传输层到所述钙钛矿吸收层上；
S7提供电极到所述空穴传输层上。
或者，在一些实施例中，在S4步骤前增加S5步骤。
具体的，在一些实施例中提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，如图6所示，包括：
S1提供透明衬底层；
S2提供透明导电膜到所述透明衬底上；
S3提供电子传输层到所述透明导电膜上；
S4提供界面修饰层到电子传输层上；
S5提供钙钛矿吸收层到所述界面修饰层上；
S6提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上
S7提供空穴传输层到所述钙钛矿吸收层上；
S8提供电极到所述空穴传输层上。
通过在钙钛矿太阳能电池中引用包括冠醚或其衍生物的界面修饰层，使钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸收层的晶界和界面处形成具有冠醚基团与金属B的二阶离子形成络合物膜层，由于冠醚具有疏水的外部骨架，又具有亲水的可以和金属离子成键的内腔，当在钙钛矿吸收层的晶界或界面处形成了络合物膜层后，从而产生了具有隔离H2O、O2、O3的效果，能够防止三维钙钛矿晶体分解或者晶体相态的转化对钙钛矿太阳能电池的电流密度的影响，并在晶界和界面处填充缺陷，减少界面缺陷，减小串联电阻，增大并联电阻，从而增加电池的填充因子，延长钙钛矿太阳能电池的寿命。
实施例1
S1提供玻璃衬底；
S2在玻璃衬底上采用磁控溅射镀膜方法沉积FTO(掺氟氧化锡)透明导电膜；透明导电膜厚度为400nm；方阻为10Ω/sq；然后切成2cm*2cm大小，清洗干净。
S3在沉积好FTO的衬底上旋涂SnO2纳米离子作为电子传输层。电子传输层厚度为50nm。
S4在电子传输层的衬底上两步法旋涂钙钛矿吸收层。旋涂碘化铅溶液(1.3M，DMSO:DMF＝9:1)，旋涂完毕放置热台上70℃加热1分钟，取出冷却后旋涂FAI/MABr的混合溶液(FAI:MABr：MACl＝10:1:1,异丙醇溶液，60mg/mL)。旋涂完毕立即置于热台上150℃加热15分钟。钙钛矿层厚度约为560nm。
S5在钙钛矿吸收层上旋涂制备18-冠醚-6界面修饰层。使用移液枪吸取70μL的18-冠醚-6溶液(异丙醇溶液，3mg/mL)，在3000rpm转速下旋涂30s，然后进行130℃下退火3分钟。
S6在界面修饰上制备空穴传输层。配制Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，浓度72.3mg/mL，超声溶解10min。在1mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液中加入20μL的Li-TFSI的乙腈溶液和24μL的4-t-BP，搅拌后待用。在钙钛矿层上，旋涂制备Spiro-OMeTAD空穴传输层。设定旋涂转速3000rpm，旋涂时间30s。
S7蒸镀制备金电极，厚度80nm。
实施例2：
将实施例1中的S1中的玻璃衬底换成PET有机聚合物衬底，该实施例中S2、S3、S4、S6、S7均与实施例1中的S2、S3、S4、S6、S7均相同；
S5在钙钛矿吸收层上旋涂制备二苯并18-冠醚-6界面修饰层。使用移液枪吸取70μL的二苯并18-冠醚-6溶液(异丙醇溶液，20mg/mL)，在3000rpm转速下旋涂30s，然后进行180℃下退火10分钟。
对比例1
S1提供玻璃衬底；
S2在玻璃衬底上采用磁控溅射镀膜方法沉积FTO(掺氟氧化锡)透明导电膜；透明导电膜厚度为400nm；方阻为10Ω/sq；然后切成2cm*2cm大小，清洗干净。
S3在沉积好FTO的衬底上旋涂SnO2纳米离子作为电子传输层。电子传输层厚度为50nm。
S4在电子传输层的衬底上两步法旋涂钙钛矿吸收层。旋涂碘化铅溶液(1.3M，DMSO:DMF＝9:1)，旋涂完毕放置热台上70℃加热1分钟，取出冷却后旋涂FAI/MABr的混合溶液(FAI:MABr：MACl＝10:1:1,异丙醇溶液，60mg/mL)。旋涂完毕立即置于热台上150℃加热15分钟。钙钛矿层厚度约为560nm。
S5在钙钛矿吸收层上制备空穴传输层。配制Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，浓度72.3mg/mL，超声溶解10min。在1mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液中加入20μL的Li-TFSI的乙腈溶液和24μL的4-t-BP，搅拌后待用。在钙钛矿层上，旋涂制备Spiro-OMeTAD空穴传输层。设定旋涂转速3000rpm，旋涂时间30s。
S7蒸镀制备金电极，厚度80nm。
将实施例和对比例的钙钛矿太阳能电池进行测试，如图7所示，实施例1和实施例2中的能量转化效率都保持在初始值的90％以上，对比例1的能量转化效率仅仅保持在初始值的60％左右。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿吸收层包括化学通式为ABX3的化合物，其特征在于，包括：界面修饰层，所述界面修饰层包括冠醚或冠醚衍生物中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，依次包括：
透明衬底层；
透明导电膜；
电子传输层；
钙钛矿吸收层；
所述界面修饰层；
空穴传输层；
电极。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述冠醚包括14-冠-4、15-冠-5、18-冠-6，所述冠醚衍生物包括二苯并14-冠-4、二苯并18-冠-6。
4.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明衬底包括透明玻璃或者有机聚合物透明衬底。
5.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电膜包括掺氟氧化锡或氧化铟锡中的至少一种。
6.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层包括ZnO、SnO2或TiO2中的至少一种。
7.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述A为甲胺基团、甲脒基团或Cs中的至少一种，所述B为具有二价金属中的至少一种，所述X为卤素中的至少一种。
8.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层包括2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、3-己基噻吩的聚合物、聚(3,4－乙烯二氧噻吩)－聚苯乙烯磺酸中的至少一种。
9.一种如权利要求1-8任意一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
提供透明衬底层；
提供透明导电膜到所述透明衬底上；
提供电子传输层到所述透明导电膜上；
提供钙钛矿吸收层到所述电子传输层上；
提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上；
提供空穴传输层到所述界面修饰层上；
提供电极到所述空穴传输层上。
10.根据权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述提供界面修饰层到所述钙钛矿吸收层上包括：
提供冠醚的醇溶液；
将所述冠醚的醇溶液涂覆到所述钙钛矿吸收层上；
将涂覆有所述冠醚的所述钙钛矿吸收层进行退火。
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CN115521286A (zh) * 2022-10-14 2022-12-27 云南师范大学 一种电子传输层添加剂、电子传输层及钙钛矿太阳能电池
CN116283897A (zh) * 2021-12-17 2023-06-23 西安隆基乐叶光伏科技有限公司 一种化合物以及该化合物在太阳能电池中的应用
CN117202676A (zh) * 2023-11-08 2023-12-08 电子科技大学 基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116283897A (zh) * 2021-12-17 2023-06-23 西安隆基乐叶光伏科技有限公司 一种化合物以及该化合物在太阳能电池中的应用
CN115521286A (zh) * 2022-10-14 2022-12-27 云南师范大学 一种电子传输层添加剂、电子传输层及钙钛矿太阳能电池
CN115521286B (zh) * 2022-10-14 2024-05-14 云南师范大学 一种电子传输层添加剂、电子传输层及钙钛矿太阳能电池
CN117202676A (zh) * 2023-11-08 2023-12-08 电子科技大学 基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池
CN117202676B (zh) * 2023-11-08 2024-01-23 电子科技大学 基于三层导电聚合物和栅线电极结构的钙钛矿太阳能电池

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