CN112582550B - 一种基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池领域，所述钙钛矿太阳能电池包括自下而上依次层叠设置的透明导电玻璃衬底、电子传输层、铅基钙钛矿吸光层、聚合物功能层、有机空穴传输层和电极层。本发明在铅基钙钛矿吸光层与有机空穴传输层的界面填加聚合物功能层作为界面阻隔层，一方面聚合物功能层通过铅氧键等化学键与铅基钙钛矿吸光层紧密结合，稳固铅基钙钛矿吸光层结构，抑制钙钛矿分解；另一方面，聚合物功能层形成的致密薄膜，阻隔甲脒碘(FAI)或甲胺碘(MAI)迁移至空穴传输层，抑制甲脒碘与甲胺碘中碘离子对于p掺杂的有机空穴传输层减缓氧化的不利影响，进一步提高了电池的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，尤其涉及一种基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能光伏发电是解决目前日益严重的能源与环境问题的一种有效手段。经过数十年的发展，电池的种类从传统的单晶硅电池发展到各类新型太阳能电池，包括无机半导体薄膜电池、有机半导体薄膜电池、染料敏化电池以及钙钛矿薄膜电池等。在染料敏化太阳能电池基础上发展起来的钙钛矿太阳能电池，在短短几年内实现了光电转换效率的飙升，钙钛矿太阳能电池认证效率目前已从3.8％跃升至25.2％。钙钛矿太阳能电池光电转换效率经过短短几年的研究得到迅速地提升，这在太阳能电池研究领域是没有先例的，已经引起了国内外学术界和工业界广泛的关注和兴趣。
目前，正式电池(n-i-p)作为高效钙钛矿太阳能电池中的主要类型，受到人们着重关注。在正式电池中通常采用有机空穴传输层(三苯胺及其衍生物)，三苯胺及其衍生物由于含有易被氧化的N原子，因而容易形成阳离子自由基，而正电荷容易通过阳离子自由基传输，因此三苯胺及其衍生物被公认为是一种较好的空穴传输材料。
本征的有机空穴传输层空穴传输性能差、导电性差，必须对其进行p掺杂、对其进行催化氧化才能充分发挥其空穴传输性能。常用的p掺杂物质为双(三氟甲烷)磺酰亚胺锂盐(Li-TFSI)、钴盐(FK209)和F4-TCNQ等，他们能够有效地促进有机空穴传输层与氧气的氧化，使得有机空穴传输层能够达到最优的空穴传输性能。
电极电势值的大小可用以判断在标准状态下氧化型物质的氧化能力和还原型物质的还原能力的相对强弱。相对标准氢电极来说，I2/I-的电极电势(0.5V左右)小于有机空穴传输层中三苯胺结构的电极电势(0.7V左右)，说明I负离子相对有机空穴传输层在p掺杂条件下还原能力更强，更容易被氧化。由于铅基钙钛矿吸光层中甲脒碘或甲胺碘在制备电池后会迁移至有机空穴传输层中，与p掺杂物质发生类似催化氧化反应(p掺杂物质促进碘离子被氧气氧化)，弱化了p掺杂物质针对有机空穴传输层的催化氧化性能。
相比有机空穴传输层，氧气更优先与碘负离子反生氧化还原反应，进而减缓了p掺杂物质对于有机空穴传输层的催化氧化作用，这是科研人员经常容易忽视的一点。这样有机空穴传输层通常需要一段长时间的氧化才能充分发挥其空穴传输性能，长时间的等待无疑延长了钙钛矿太阳能电池的研发周期，大大减缓了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。
上述问题的一类解决方法通常是增大p掺杂物质的加入量，而增大p掺杂物质加入量会诱发铅基钙钛矿吸光层被破坏(铅基钙钛矿吸光层的碘离子被氧化和促进钙钛矿分解)，因此，增大p掺杂物质的加入量是不可取的，抑制碘离子迁移至空穴传输层的重要性日益凸显。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池通过在铅基钙钛矿吸光层与有机空穴传输层中间加入聚合物功能层，能够阻隔甲脒碘或甲胺碘迁移至空穴传输层，抑制甲脒碘或甲胺碘中的碘离子对于p掺杂有机空穴传输层减缓氧化的不利影响。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：
本发明第一方面提供一种基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括自下而上依次层叠设置的透明导电玻璃衬底、电子传输层、铅基钙钛矿吸光层、聚合物功能层、有机空穴传输层和电极层。
优选地，所述透明导电玻璃衬底选自FTO玻璃、ITO玻璃中的一种；所述电子传输层的材料选自SnO2、TiO2中的一种。
优选地，所述铅基钙钛矿吸光层的材料至少包括PbI2、PbCl2、PbBr2中的一种；所述铅基钙钛矿吸光层还包括CH3NH3I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl、HC(NH2)2I、HC(NH2)2Br、HC(NH2)2Cl中的一种。
优选地，所述聚合物功能层的材料选自有机硅氧烷水解缩聚而成的硅氧聚合物。
优选地，所述有机硅氧烷选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苄基三甲基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、(三氟甲基)三甲基硅烷中的一种或几种。
优选地，所述有机空穴传输层采用p掺杂物质进行p掺杂：
其中，所述有机空穴传输层的材料选自2,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](poly-TPD)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(4,4′-(N-(4-仲丁基苯基)二苯胺)](TFB)中的一种；所述p掺杂物质选自Li-TFSI、FK209、F4-TCNQ、SnCl4中的一种。
优选地，所述电极层的材料选自Al、Ag、Au、Mo、Cr、Ti、Ni、Cu、Pt、C中的一种几种。
本发明第二方面提供上述基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
对透明导电玻璃衬底进行刻蚀与清洗，备用；在所述透明导电玻璃衬底外表面上通过喷涂/旋涂/丝网印刷的方法制得电子传输层；在所述电子传输层外表面上通过旋涂/丝网印刷的方法制得铅基钙钛矿吸光层；在所述铅基钙钛矿吸光层外表面上通过旋涂/狭缝式涂布的方法制得聚合物功能层；在所述聚合物功能层外表面上通过旋涂/丝网印刷的方法制得有机空穴传输层；在所述有机空穴传输层外表面上通过溅射或真空蒸镀的方法制得电极层。
优选地，所述聚合物功能层的具体制备过程为：将异丙醇、有机硅氧烷、去离子水、酸/碱混合，制得混合溶液，并取所述混合溶液加入异丙醇中进行稀释、搅拌；在所述铅基钙钛矿吸光层外表面上通过旋涂/狭缝式涂布的方法制得聚合物功能层；然后将所述聚合物功能层置于加热台上加热除去残留溶剂。
优选地，所述p掺杂有机空穴传输层的具体制备过程为：将所述有机空穴传输层溶解在氯苯中，加入所述p掺杂物质，形成混合溶液，将所述混合溶液在所述聚合物功能层外表面上通过旋涂/丝网印刷的方法制得有机空穴传输层。
本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明在铅基钙钛矿吸光层与有机空穴传输层中间加入聚合物功能层，聚合物通过铅氧键等化学键与铅基钙钛矿吸光层紧密结合，稳固铅基钙钛矿吸光层结构，抑制钙钛矿分解；聚合物功能层形成致密薄膜，阻隔甲脒碘或甲胺碘迁移至空穴传输层，抑制甲脒碘或甲胺碘中的碘离子对于p掺杂有机空穴传输层减缓氧化的不利影响。通过设置聚合物功能层这一界面阻隔层，使p掺杂有机空穴传输层在短时间内能充分氧化并发挥空穴传输性能，针对有机空穴传输层氧化所需时间大大缩短，并且改善了钙钛矿太阳能电池光电性能以及大大提高了电池的稳定性。
附图说明
图1为本发明中基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池的示意图；
其中的各附图标记为：
1-透明导电玻璃衬底；2-电子传输层；3-铅基钙钛矿吸光层；4-聚合物功能层；5-有机空穴传输层；6-电极层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
对比例1
在15*24mm ITO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：选用ITO玻璃作为基底，用锌粉与稀盐酸进行刻蚀，将工作电极和对电极分开，防止短路；刻蚀后，将ITO玻璃切割成每块15cm×24cm，并用洗涤剂与水冲洗干净后，依次在稀释的洗洁精水溶液、去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗20min；然后将干净的ITO玻璃浸泡在丙酮中备用；
(2)在ITO玻璃衬底上制备SnO2层：首先配制SnO2稀释溶液，将SnO2水分散液用水进行稀释(稀释体积比为1:6.5)，然后用移液枪吸取SnO2稀释溶液滴涂在已紫外臭氧处理的ITO玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为30s；旋涂结束后，将ITO玻璃置于加热台上，150℃加热30min；
(3)在SnO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：首先配制1.3mol/L的碘化铅溶液，将0.6g的PbI2溶于0.95ml的DMF和0.05ml的DMSO混合溶液中，并在加热台上60℃搅拌保温4h；然后配制甲脒碘混合溶液，将60mg甲脒碘、6mg甲胺碘和6mg甲胺氯溶于1mL异丙醇溶液中，搅拌4h；然后用移液枪吸取碘化铅溶液滴涂在已制备SnO2层的ITO玻璃上，设置旋涂仪转速为2000rpm，加速度为1500rpm/s，持续时间为60s；然后用移液枪吸取甲脒碘混合溶液滴涂在ITO玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为10s；旋涂结束后，将ITO玻璃置于加热台上，150℃加热15min；
(4)制备有机空穴传输层5：将73mg的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)溶解在1mL氯苯中，依次加入35μL双(三氟甲磺酰亚胺)锂(Li-TFSI)的乙腈溶液(260mg/mL)、10μL钴盐(FK209)的乙腈溶液(300mg/mL)和28.8μL的4-叔丁基吡啶(t-BP)，取spiro-OMeTAD的混合溶液滴涂在铅基钙钛矿吸光层5上；
(5)制备电极层6：用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀100nm的Ag。
对比例2
在24*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：选用FTO玻璃作为基底，用锌粉与稀盐酸进行刻蚀，将工作电极和对电极分开，防止短路；刻蚀后，将FTO玻璃切割成每块24cm×24cm，并用洗涤剂与水冲洗干净后，依次在稀释的洗洁精水溶液、去离子水、乙醇、丙酮中超声清洗20min；然后将干净的FTO玻璃浸泡在丙酮中备用；
(2)在FTO玻璃衬底上制备SnO2层：同对比例1；
(3)在SnO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：首先制备MAPbI3前驱体溶液，将1.73gPbI2和0.6g MAI溶于2.5mLDMF和0.5mLDMSO混合溶液中，搅拌4h；旋涂前将MAPbI3滴在玻璃上，转速设置：1000rpm旋转12s，再5000rpm旋转30s；然后滴加氯苯，旋涂完毕后置于加热台上100℃加热10min；
(4)制备空穴传输层5：将10mg的PTAA溶解在1mL氯苯中，依次加入4.9μL双(三氟甲磺酰亚胺)锂(Li-TFSI)的乙腈溶液(260mg/mL)和4μL的4-叔丁基吡啶(t-BP)，取PTAA的混合溶液滴涂在铅基钙钛矿吸光层3上；
(5)制备电极层6：用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀100nm的Au。
对比例3
在24*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例1；
(2)在FTO玻璃衬底上制备TiO2层：首先配制TiO2前驱体溶液，将1mL双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯加入35mL乙醇中，搅拌备用；将紫外臭氧清洗的FTO玻璃置于加热台上加热至520℃后喷涂TiO2前驱体溶液，520℃保温1h后降温至120℃备用；
(3)在TiO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：首先制备MAPbI3前驱体溶液，将1.73gPbI2和0.6g MAI溶于2.5mLDMF和0.5mLDMSO混合溶液中，搅拌4h；旋涂前将MAPbI3滴在玻璃上，转速设置：1000rpm旋转12s，再5000rpm旋转30s；然后滴加氯苯，旋涂完毕后置于加热台上100℃加热10min；
(4)制备空穴传输层5：将12mg的poly-TPD溶解在1mL氯苯中，依次加入5wt％的F4-TCNQ和28.8μL的4-叔丁基吡啶(t-BP)，取有机空穴传输层的混合溶液滴涂在铅基钙钛矿吸光层3上；
(5)制备电极层6：同对比例1。
对比例4
在15*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例1；
(2)在FTO玻璃衬底上制备TiO2层：首先配制TiO2前驱体溶液，将1mL双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯加入35mL乙醇中，搅拌备用；将紫外臭氧清洗的FTO玻璃置于加热台上加热至520℃后喷涂TiO2前驱体溶液，520℃保温1h后降温至120℃备用；
(3)在TiO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：首先配制1.3mol/L的碘化铅溶液，将0.6g的PbI2溶于0.95ml的DMF和0.05ml的DMSO混合溶液中，并在加热台上60℃搅拌保温4h；然后配制甲脒碘混合溶液，将60mg甲脒碘、6mg甲胺碘和6mg甲胺氯溶于1mL异丙醇溶液中，搅拌4h；然后用移液枪吸取碘化铅溶液滴涂在已制备TiO2层的FTO玻璃上，设置旋涂仪转速为2000rpm，加速度为1500rpm/s，持续时间为60s；然后用移液枪吸取甲脒碘混合溶液滴涂在FTO玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为10s；旋涂结束后，将FTO玻璃置于加热台上，150℃加热15min；
(4)制备空穴传输层5：同对比例1；
(5)制备电极层6：用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀100nm的Au。
对比例5
在24*24mm ITO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例1；
(2)在ITO玻璃衬底上制备SnO2层：同对比例1；
(3)在SnO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：首先制备MAPbI3前驱体溶液，将1.73gPbI2和0.6g MAI溶于2.5mLDMF和0.5mLDMSO混合溶液中，搅拌4h；旋涂前将MAPbI3滴在玻璃上，转速设置：1000rpm旋转12s，再5000rpm旋转30s；然后滴加氯苯，旋涂完毕后置于加热台上100℃加热10min；
(4)制备空穴传输层5：同对比例2；
(5)制备电极层6：同对比例4。
对比例6
在24*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例1；
(2)在FTO玻璃衬底上制备TiO2层：首先配制TiO2前驱体溶液，将1mL双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯加入35mL乙醇中，搅拌备用；将紫外臭氧清洗的FTO玻璃置于加热台上加热至520℃后喷涂TiO2前驱体溶液，520℃保温1h后降温至120℃备用；
(3)在TiO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：首先配制1.3mol/L的卤化铅溶液，将0.6g的PbI2、0.06gPbCl2和0.06gPbBr2溶于0.9ml的DMF和0.1ml的DMSO混合溶液中，并在加热台上60℃搅拌保温4h；然后配制甲脒碘混合溶液，将60mg甲脒碘、6mg甲胺溴和6mg甲胺氯溶于1mL异丙醇溶液中，搅拌4h；然后用移液枪吸取卤化铅溶液滴涂在已制备TiO2层的FTO玻璃上，设置旋涂仪转速为1500rpm，加速度为1000rpm/s，持续时间为60s；然后用移液枪吸取甲脒碘混合溶液滴涂在FTO玻璃上，设置旋涂仪转速为2000rpm，加速度为1500rpm/s，持续时间为10s；旋涂结束后，将FTO玻璃置于加热台上，150℃加热15min；
(4)制备空穴传输层5：同对比例3；
(5)制备电极层6：同对比例4。
实施例1
在15*24mm ITO导电薄膜的玻璃基底上制作基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例1；
(2)在ITO玻璃衬底上制备SnO2层：同对比例1；
(3)在SnO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：同对比例1；
(4)在铅基钙钛矿吸光层3上制备聚合物功能层4：配制正硅酸甲酯混合溶液，将1mL异丙醇、1mL正硅酸甲酯、0.4mL去离子水和10μL浓盐酸混合至瓶子中，并取25μL该混合溶液加入1mL异丙醇中进行稀释，搅拌4h；然后用移液枪吸取该稀释溶液滴涂在玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为30s；旋涂结束后，将玻璃置于加热台上，60℃加热15min；
(5)制备有机空穴传输层5：同对比例1；
(6)制备电极层6：同对比例1。
实施例2
在24*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例2；
(2)在FTO玻璃衬底上制备SnO2层：同对比例2；
(3)在SnO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：同对比例2；
(4)在铅基钙钛矿吸光层3上制备聚合物功能层4：配制正硅酸乙酯混合溶液，将1mL异丙醇、1mL正硅酸乙酯、0.4mL去离子水和10μLNaOH溶液混合至瓶子中，并取20μL该混合溶液加入1mL异丙醇中进行稀释，搅拌4h；然后用移液枪吸取该稀释溶液滴涂在玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为30s；旋涂结束后，将玻璃置于加热台上，60℃加热15min；
(5)制备有机空穴传输层5：同对比例2；
(6)制备电极层6：同对比例2。
实施例3
在24*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例3；
(2)在FTO玻璃衬底上制备TiO2层：同对比例3；
(3)在TiO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：同对比例3；
(4)在铅基钙钛矿吸光层3上制备聚合物功能层4：配制正硅酸丙酯混合溶液，将1mL异丙醇、1mL正硅酸丙酯、0.4mL去离子水和10μL浓盐酸混合至瓶子中，并取25μL该混合溶液加入1mL异丙醇中进行稀释，搅拌4h；然后使用狭缝式涂布法在铅基钙钛矿吸光层上制膜；将前驱体稀释溶液泵入涂布头，涂布头底部与基底表面距离设置为0.5mm，泵入速率为100μL/min，涂布带传动速率为5mm/sec，制膜结束后，将玻璃置于加热台上，60℃加热15min；
(5)制备有机空穴传输层5：同对比例3；
(6)制备电极层6：同对比例3。
实施例4
在15*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例4；
(2)在FTO玻璃衬底上制备TiO2层：同对比例4；
(3)在TiO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：同对比例4；
(4)在铅基钙钛矿吸光层3上制备聚合物功能层4：配制苯基三甲氧基硅烷混合溶液，将1mL异丙醇、1mL苯基三甲氧基硅烷、0.4mL去离子水和10μL NaOH溶液混合至瓶子中，并取20μL该混合溶液加入1mL异丙醇中进行稀释，搅拌4h；然后用移液枪吸取该稀释溶液滴涂在玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为30s；旋涂结束后，将玻璃置于加热台上，70℃加热15min；
(5)制备空穴传输层5：同对比例4；
(6)制备电极层6：同对比例4。
实施例5
在24*24mm ITO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例5；
(2)在ITO玻璃衬底上制备SnO2层：同对比例5；
(3)在SnO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：同对比例5；
(4)在铅基钙钛矿吸光层3上制备聚合物功能层4：配制甲基三乙氧基硅烷混合溶液，将1mL异丙醇、1mL甲基三乙氧基硅烷、0.4mL去离子水和10μL NaOH溶液混合至瓶子中，并取20μL该混合溶液加入1mL异丙醇中进行稀释，搅拌4h；然后用移液枪吸取该稀释溶液滴涂在玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为30s；旋涂结束后，将玻璃置于加热台上，70℃加热15min；
(5)制备空穴传输层5：同对比例5；
(6)制备电极层6：同对比例5。
实施例6
在24*24mm FTO导电薄膜的玻璃基底上制作钙钛矿太阳能电池，具体制作方法如下：
(1)透明导电玻璃衬底1的刻蚀与清洗：同对比例6；
(2)在FTO玻璃衬底上制备TiO2层：同对比例6；
(3)在TiO2层上制备铅基钙钛矿吸光层3：同对比例6；
(4)在铅基钙钛矿吸光层3上制备聚合物功能层4：配制二甲基二乙氧基硅烷混合溶液，将1mL异丙醇、1mL二甲基二乙氧基硅烷、0.4mL去离子水和10μLNaOH溶液混合至瓶子中，并取20μL该混合溶液加入1mL异丙醇中进行稀释，搅拌4h；然后用移液枪吸取该稀释溶液滴涂在玻璃上，设置旋涂仪转速为3000rpm，加速度为2500rpm/s，持续时间为30s；旋涂结束后，将玻璃置于加热台上，70℃加热15min；
(5)制备空穴传输层5：同对比例6；
(6)制备电极层6：同对比例6。
应用例1
对对比例1与实施例1制备的不同太阳能电池均在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下进行光电性能测试。
以上两个案例中制作的电池中添加聚合物功能层4的电池效率达到最优值的时间(第三天)比不加聚合物功能层4的时间(第九天)短，说明添加聚合物功能层4的电池空穴传输层spiro-OMeTAD充分氧化并发挥最优空穴传输性能较为快速，即聚合物功能层加快spiro-OMeTAD的结论成立。
以上两个案例中制作的电池效率如表1所示：
表1
| 条件 | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) |
| 对比例1 | 24.41 | 1.10 | 76.43 | 20.52 |
| 实施例1 | 24.45 | 1.14 | 77.38 | 21.57 |
由表1中数据可知，本发明中实施例1加聚合物功能层4的钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)为l.14V，短路电流(Jsc)为24.45mA/cm2，填充因子(FF)为77.38％，光电转换效率(PCE)为21.57％，均高于对比例1。
以上两个案例中制作的电池(封装后)稳定性测试在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下连续光照1000小时，每隔50小时测试一次。不加聚合物功能层4(对比例1)制备的电池效率衰减很快，大约400小时后就衰减50％，添加聚合物功能层4(实施例1)的电池1000小时后只衰减10％左右。说明添加聚合物功能层4的电池稳定性大大提升。
应用例2
对对比例2与实施例2制备的不同太阳能电池均在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下进行光电性能测试。
以上两个案例中制作的电池在PTAA氧化期间中添加聚合物功能层4的电池效率达到最优值的时间(第二天)比不加聚合物功能层4的时间(第五天)短，说明添加聚合物功能层4的电池空穴传输层PTAA充分氧化并发挥最优空穴传输性能较为快速，即聚合物功能层加快PTAA的结论成立。
以上两个案例中制作的电池效率如表2所示：
表2
| 条件 | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) |
| 对比例2 | 22.01 | 1.04 | 72.12 | 16.51 |
| 实施例2 | 22.21 | 1.07 | 74.36 | 17.67 |
由表2中数据可知，本发明中实施例2加聚合物功能层4的钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)为l.07V，短路电流(Jsc)为22.21mA/cm2，填充因子(FF)为74.36％，光电转换效率(PCE)为17.67％，均高于对比例2。
以上两个案例中制作的电池(封装后)稳定性测试在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下连续光照1000小时，每隔50小时测试一次。不加聚合物功能层4(对比例2)制备的电池效率衰减很快，大约400小时后就衰减45％，添加聚合物功能层4(实施例2)的电池1000小时后只衰减9％左右。说明添加聚合物功能层4的电池稳定性大大提升。
应用例3
对对比例3与实施例3制备的不同太阳能电池均在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下进行光电性能测试。
以上两个案例中制作的电池在poly-TPD氧化期间中添加聚合物功能层4的电池效率达到最优值的时间(第一天)比不加聚合物功能层4的时间(第十天)短，说明添加聚合物功能层4的电池空穴传输层充分氧化并发挥最优空穴传输性能较为快速，即聚合物功能层加快poly-TPD的结论成立。
以上两个案例中制作的电池效率如表3所示：
表3
| 条件 | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) |
| 对比例3 | 21.34 | 1.03 | 71.14 | 15.64 |
| 实施例3 | 21.99 | 1.06 | 73.32 | 17.09 |
由表3中数据可知，本发明中实施例3加聚合物功能层4的钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)为l.06V，短路电流(Jsc)为21.99mA/cm2，填充因子(FF)为73.32％，光电转换效率(PCE)为17.09％，均高于对比例3。
以上两个案例中制作的电池(封装后)稳定性测试在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下连续光照1000小时，每隔50小时测试一次。不加聚合物功能层4(对比例3)制备的电池效率衰减很快，大约400小时后就衰减56％，添加聚合物功能层4(实施例3)的电池1000小时后只衰减14％左右。说明添加聚合物功能层4的电池稳定性大大提升。
应用例4
以上两个案例中制作的电池效率如表4所示：
表4
| 条件 | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) |
| 对比例4 | 22.43 | 1.07 | 73.45 | 17.63 |
| 实施例4 | 23.24 | 1.10 | 75.10 | 19.20 |
由表4中数据可知，本发明中实施例4加聚合物功能层4的钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)为l.10V，短路电流(Jsc)为23.24mA/cm2，填充因子(FF)为75.10％，光电转换效率(PCE)为19.20％，均高于对比例4。
以上两个案例中制作的电池(封装后)稳定性测试在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下连续光照1000小时，每隔50小时测试一次。不加聚合物功能层4(对比例4)制备的电池效率衰减很快，大约400小时后就衰减52％，添加聚合物功能层4(实施例4)的电池1000小时后只衰减15％左右。说明添加聚合物功能层4的电池稳定性大大提升。
应用例5
以上两个案例中制作的电池效率如表5所示：
表5
| 条件 | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) |
| 对比例5 | 21.45 | 1.06 | 72.34 | 16.45 |
| 实施例5 | 22.31 | 1.08 | 75.98 | 18.31 |
由表5中数据可知，本发明中实施例5加聚合物功能层4的钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)为l.08V，短路电流(Jsc)为22.31mA/cm2，填充因子(FF)为75.98％，光电转换效率(PCE)为18.31％，均高于对比例5。
以上两个案例中制作的电池(封装后)稳定性测试在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下连续光照1000小时，每隔50小时测试一次。不加聚合物功能层4(对比例5)制备的电池效率衰减很快，大约400小时后就衰减51％，添加聚合物功能层4(实施例5)的电池1000小时后只衰减12％左右。说明添加聚合物功能层4的电池稳定性大大提升。
应用例6
以上两个案例中制作的电池效率如表6所示：
表6
| 条件 | Jsc(mA/cm<sup>2</sup>) | Voc(V) | FF(％) | PCE(％) |
| 对比例6 | 21.45 | 1.03 | 73.76 | 16.30 |
| 实施例6 | 22.86 | 1.06 | 75.78 | 18.36 |
由表6中数据可知，本发明中实施例6加聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)为l.06V，短路电流(Jsc)为22.86mA/cm2，填充因子(FF)为75.78％，光电转换效率(PCE)为18.36％，均高于对比例6。
以上两个案例中制作的电池(封装后)稳定性测试在太阳光模拟器(AM1.5G，100mW/cm2)下连续光照1000小时，每隔50小时测试一次。不加聚合物功能层4(对比例6)制备的电池效率衰减很快，大约400小时后就衰减48％，添加聚合物功能层4(实施例6)的电池1000小时后只衰减11％左右。说明添加聚合物功能层4的电池稳定性大大提升。
综上，本发明通过使用聚合物功能层4作为界面阻隔层，稳定了钙钛矿结构，有效抑制了甲脒碘或甲胺碘向空穴传输层5的迁移，大大解放了空穴传输层5中p掺杂物质的性能。添加界面阻隔层的钙钛矿太阳能电池空穴传输层5能够迅速得到充分氧化并发挥优良的空穴传输性能，相比不加聚合物功能层4的电池效率达到最优值的时间大大缩短，大大缩短了钙钛矿太阳能电池的研发周期，并且电池的性能有所提高，电池的稳定性也大大改善。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括自下而上依次层叠设置的透明导电玻璃衬底(1)、电子传输层(2)、铅基钙钛矿吸光层(3)、聚合物功能层(4)、有机空穴传输层(5)和电极层(6)；
其中，所述聚合物功能层(4)的材料为有机硅氧烷水解缩聚而成的硅氧聚合物；所述有机硅氧烷选自正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苄基三甲基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-氨丙基三甲氧基硅烷、(三氟甲基)三甲基硅烷中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电玻璃衬底(1)选自FTO玻璃、ITO玻璃中的一种；所述电子传输层(2)的材料选自SnO2、TiO2中的一种。
3.根据权利要求1所述的基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述铅基钙钛矿吸光层(3)的材料至少包括PbI2、PbCl2、PbBr2中的一种；所述铅基钙钛矿吸光层(3)还包括CH3NH3I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl、HC(NH2)2I、HC(NH2)2Br、HC(NH2)2Cl中的一种。
4.根据权利要求1所述的基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述有机空穴传输层(5)采用p掺杂物质进行p掺杂：
其中，所述有机空穴传输层(5)的材料选自2,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺](poly-TPD)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)-共-(4,4′-(N-(4-仲丁基苯基)二苯胺)](TFB)中的一种；所述p掺杂物质选自Li-TFSI、FK209、F4-TCNQ、SnCl4中的一种。
5.根据权利要求1所述的基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极层(6)的材料选自Al、Ag、Au、Mo、Cr、Ti、Ni、Cu、Pt、C中的一种几种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
对透明导电玻璃衬底(1)进行刻蚀与清洗，备用；在所述透明导电玻璃衬底(1)外表面上通过喷涂/旋涂/丝网印刷的方法制得电子传输层(2)；在所述电子传输层(2)外表面上通过旋涂/丝网印刷的方法制得铅基钙钛矿吸光层(3)；在所述铅基钙钛矿吸光层(3)外表面上通过旋涂/狭缝式涂布的方法制得聚合物功能层(4)；在所述聚合物功能层(4)外表面上通过旋涂/丝网印刷的方法制得有机空穴传输层(5)；在所述有机空穴传输层(5)外表面上通过溅射或真空蒸镀的方法制得电极层(6)；
所述聚合物功能层(4)的具体制备过程为：将异丙醇、有机硅氧烷、去离子水、酸/碱混合，制得混合溶液，并取所述混合溶液加入异丙醇中进行稀释、搅拌；在所述铅基钙钛矿吸光层(3)外表面上通过旋涂/狭缝式涂布的方法制得聚合物功能层(4)；然后将所述聚合物功能层(4)置于加热台上加热除去残留溶剂。
7.根据权利要求6所述的基于聚合物功能层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述p掺杂有机空穴传输层(5)的具体制备过程为：将所述有机空穴传输层(5)溶解在氯苯中，加入所述p掺杂物质，形成混合溶液，将所述混合溶液在所述聚合物功能层(4)外表面上通过旋涂/丝网印刷的方法制得有机空穴传输层(5)。
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