CN114665026A - 一种卤化钙钛矿太阳能电池及其底界面自生长修饰方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卤化钙钛矿太阳能电池及其底界面自生长修饰方法。本发明提供的卤化钙钛矿太阳能电池包括依次相连的基底电极、空穴传输层、界面修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层、空穴阻挡层和背电极；所述界面修饰层由界面修饰层材料的前驱体制备得到，所述界面修饰层的前驱体为C2～C8烷基链碘代铵盐。本发明通过界面修饰层对底界面的修饰满足薄膜溶液法制备p‑i‑n反式结构大面积钙钛矿中的薄膜顶界面组分均一性需求和底界面缺陷态修饰需求，并且不损伤钙钛矿薄膜的成膜质量以及最终器件的电荷收集效率。本发明减小了p‑i‑n反式结构大面积钙钛矿太阳能电池的制备难度，且提升相应光伏器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种卤化钙钛矿太阳能电池及其底界面自生长修饰方法。
背景技术
近年来，金属卤化钙钛矿材料广泛受到学术界和工业界的关注，其具有高吸光系数、长载流子寿命和高光生载流子迁移率等优异的光电性质，自2009年被应用于太阳能电池技术以来，数年内，光电转换效率随着技术的发展由3.8％快速攀升至25.2％，已接近单节单晶硅太阳能电池25.8％的最高记录。金属卤化钙钛矿材料的化学结构式为ABX3，其中A为甲胺(MA)、甲脒(FA)或铯(Cs)等有机或无机阳离子，B为铅(Pb)或锡(Sn)等金属阳离子，X为碘(I)、溴(Br)或硫氰根(SCN)等卤素离子。这意味着金属卤化钙钛矿材料的组成成分均为地壳中较为富集和易开采的元素，其本身可大规模生产。此外，由于金属卤化钙钛矿是离子晶体，所以其本身的薄膜制备可以采用溶液法工艺并以卷对卷的方式实现大规模生产，这将有效降低生产工艺成本。这些优势使得金属卤化钙钛矿太阳能电池有望降低太阳能电池的发电成本并缩短投资回报周期，从而增加光伏发电在能源供应结构中的占比。
其中，具有p-i-n反式结构的金属卤化钙钛矿太阳能电池因其光伏性能优异、材料成本低廉、低成本溶液法制备、以及适用于柔性基底和叠层电池制备等优势，而成为目前最具产业化前景的下一代薄膜光伏技术之一。高效率金属卤化钙钛矿太阳能电池的大面积制备是实现钙钛矿光伏器件产业化的关键因素之一。然而，当前的大面积钙钛矿太阳能电池普遍存在薄膜组分和界面性质均一性不足以及底界面缺陷态修饰困难等问题。这些都限制了钙钛矿太阳能电池的产业化发展进程。
现有技术中，高效率金属卤化钙钛矿太阳能电池的制备以及界面修饰通常是在氮气手套箱中通过旋涂工艺来实现的，然而，旋涂法对于器件制备环境的要求较高，且不适用制备大面积的钙钛矿太阳能电池及模组；而界面修饰方法多为钙钛矿薄膜结晶成膜之后的上界面修饰(如CN105742504A和CN112635679A等)，且无法调控薄膜的生长过程，因此难以实现对于底界面的修饰，也难以调控顶界面的光电性质均一性。金属卤化钙钛矿薄膜在溶液法制备过程中的快速结晶与低形成能等物理化学特性，使得最终成膜面临着薄膜组分均一性不足以及化学稳定性较硅、CdTe、GaAs和CIGS等无机光伏材料不高等挑战，造成了大面积钙钛矿薄膜中的顶界面光电性质均一性不足以及底界面缺陷态修饰困难等问题，进而影响了大面积钙钛矿太阳能电池的性能及产业化进程。
目前的高性能p-i-n反式结构卤化钙钛矿太阳能电池多采用表面疏水的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)作为器件的空穴传输层材料，PTAA是一类Π-共聚合物，其平面分子结构是无定形的，PTAA能够形成均匀光滑的薄膜并且具有良好的各向同性载流子传输性能，在退火时没有微观排序，这可以有效降低界面处的非辐射复合的损失，其疏水性能也有利于改善光伏器件的稳定性。而采用亲水性空穴传输层材料(如CN111223989A)，亲水性空穴传输材料往往利于有机铵盐分子层的旋涂制备成膜，但是相较于PTAA等疏水性空穴传输材料会产生更多的钙钛矿-空穴传输层界面缺陷复合位点，从而降低器件的开路电压和性能，因此现有技术难以兼容于当前的高性能p-i-n反式结构器件体系。
CN111223989A中公开了一种两性分子修饰的钙钛矿光伏器件，使用腺苷-5’-三磷酸二钠(ATPS)、腺苷-5’-二磷酸二钠(ADPS)、腺苷-5’-单磷酸二钠(AMPS)等两性有机小分子对金属卤化钙钛矿薄膜界面层实施钝化修饰，借助两性分子，钝化钙钛矿活性层的表面缺陷。其缺点是运用在在大面积卤化钙钛矿太阳能电池中对于其钙钛矿薄膜界面层实施钝化修饰具有不均一性，使得大面积器件的效率并没有提高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种高效率大面积卤化钙钛矿太阳能电池及其底界面自生长修饰方法，在溶液法制备金属卤化钙钛矿太阳能电池中，使用大尺寸烷基链铵盐分子对金属卤化钙钛矿薄膜底界面实现钙钛矿自生长修饰，以达到大面积钙钛矿薄膜制备过程中的底界面修饰和顶界面光电性质均一性改善，提高大面积制备钙钛矿太阳能电池的效率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一方面，本发明提供一种卤化钙钛矿太阳能电池，包括依次相连的基底电极、空穴传输层、界面修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层、空穴阻挡层和背电极；所述界面修饰层由界面修饰层材料的前驱体制备得到，所述界面修饰层的前驱体为C2～C8烷基链碘代铵盐。
在本发明的技术方案中，所述界面修饰层由大烷基链碘代铵盐C2～C8烷基链碘代铵盐制备得到，具体可列举出苯乙基碘化胺(PEAI)、1,8-辛二胺氢碘酸盐(ODADI)和丁二胺碘(BDADI)等。
作为优选地实施方式，所述基底电极选自氧化铟锡(ITO)导电玻璃、掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃中的任一种；
优选地，所述空穴传输层由空穴传输层材料的前驱体制备得到；在本发明的技术方案中，空穴传输层在卤化钙钛矿太阳能电池中的作用是加速光生电子空穴对中空穴的分离；所述空穴传输层材料的前驱体选自导电聚合物：聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚3,4-乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)等；无机P型半导体：Cu2O、NiOx、氧化石墨烯等中的任一种；优选为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为氯苯(CB)和甲苯(TOL)中的任意一种或混合使用；所述溶液的浓度为2～3mg/mL；
优选地，所述界面修饰层材料的前驱体为溶液；所述溶液的溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、γ-丁内酯(GBL)、乙二醇单甲醚(2-ME)、异丙醇(IPA)、乙醇(EtOH)和乙腈(ACN)中的任意一种或几种混合使用；所述溶液的浓度优选为15～20mg/mL，进一步优选为15mg/mL；
优选地，所述钙钛矿薄膜层由钙钛矿薄膜的前驱体制备得到；所述钙钛矿薄膜的前驱体选自碘化铅(PbI2)、溴化铅(PbBr2)、甲基碘化胺(MAI)、甲基溴化胺(MABr)、碘化铯(CsI)和甲脒氢碘酸盐(FAI)中的任意一种或几种混合使用；在某些具体的实施方式中，所述前驱体的混合摩尔比为：PbI2：MAI＝1：0.95～1；或PbI2：PbBr2：FAI：CsI：MABr＝0.85～0.95：0.05～0.15：0.05～0.85：0.05：0.05～0.15；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(ACN)和二甲基亚砜(DMSO)中的任意一种或几种混合使用；所述前驱体溶液的浓度优选为1～2mmol/mL；
优选地，所述电子传输层由电子传输层材料的前驱体制备得到；在本发明的技术方案中，为了使大面积柔性器件中电子传输层与钙钛矿和对电极的能级匹配，促进电子的分离和传输；且为了保证卤化钙钛矿太阳能电池能够吸收足够的光其需具有高透明性，所述电子传输层材料的前驱体为富勒烯(C60)及其衍生物(PCBM)等，例如[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)或C60或C71-丁酸甲基酯(PC71BM)；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为氯苯(CB)；所述前驱体溶液的浓度优选为20～25mg/mL；
优选地，所述空穴阻挡层由空穴阻挡层材料的前驱体制备得到；在本发明的技术方案中，所述空穴阻挡层可以加强电子传输层与金属电极之间的欧姆接触，消除电子传输层的局部结构缺陷，阻挡空穴的传输以及阻挡钙钛矿太阳能电池中碘的析出防止污染电极，所述空穴阻挡层材料的前驱体优选为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉(BCP)；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为异丙醇(IPA)；所述前驱体溶液的浓度优选为1～1.5mg/mL；
优选地，所述背电极为导电性金属单质，根据性能和商业价格而言，所述背电极优选为Ag、Cu或Au。
作为优选地实施方式，所述基底电极的厚度为10～300nm；
优选地，所述空穴传输层的厚度为1～100nm；
优选地，所述界面修饰层的厚度为1～30nm；
优选地，所述钙钛矿薄膜层的厚度为300～2000nm；
优选地，所述电子传输层的厚度为1～100nm；
优选地，所述空穴阻挡层的厚度为1～50nm；
优选地，所述背电极的厚度为90～300nm。
又一方面，本发明提供上述卤化钙钛矿太阳能电池的底界面自生长修饰方法，包括以下步骤：
(1)在基底电极上涂覆空穴传输层材料的前驱体，制备得到空穴传输层；
(2)在步骤(1)的空穴传输层上涂覆界面修饰层材料的前驱体，制备得到界面修饰层；
(3)在步骤(2)的界面修饰层上涂覆钙钛矿薄膜层的前驱体，制备得到钙钛矿薄膜层；
(4)在步骤(3)的钙钛矿薄膜层上涂覆电子传输层材料的前驱体，制备得到电子传输层；
(5)在步骤(4)的电子传输层上涂覆空穴阻挡层材料的前驱体，制备得到空穴阻挡层；
(6)在步骤(5)的空穴阻挡层上涂覆背电极材料，制备得到背电极。
作为优选地实施方式，所述步骤(1)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为2～4cm/s；
优选地，所述步骤(1)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为100～120℃；所述退火处理的时间为10～20min。
在某些具体的实施方式中，所述步骤(1)中，所述基底电极使用之前需进行洗涤烘干；具体为：用透明玻璃清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇依次对所述基底电极超声清洗30～40分钟，然后置于烘箱80～100℃烘干后，冷却，再用紫外臭氧清洗机或等离子清洗仪处理15～20分钟待用。
作为优选地实施方式，所述步骤(2)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.8～100cm/s；
优选地，所述步骤(2)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为100～120℃；所述退火处理的时间为10～15min。
作为优选地实施方式，所述步骤(3)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.5～20cm/s；
优选地，所述步骤(3)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为90～100℃；所述退火处理的时间为30～40min。
作为优选地实施方式，所述步骤(4)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.8～20cm/s。
作为优选地实施方式，所述步骤(5)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.8～20cm/s。
优选地，所述步骤(5)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为70～75℃；所述退火处理的时间为10～15min。
作为优选地实施方式，所述步骤(6)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种；优选为蒸镀。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
本发明提供了一种针对溶液法制备的p-i-n反式结构大面积金属卤化钙钛矿太阳能电池的底界面自生长修饰方法，在基底电极上依次制备出空穴传输层、界面修饰层、金属卤化钙钛矿层、电子传输层、空穴阻挡层和背电极，并以大烷基链铵盐制备界面修饰层，通过界面修饰层对底界面的修饰满足薄膜溶液法制备p-i-n反式结构大面积钙钛矿中的薄膜顶界面组分均一性需求和底界面缺陷态修饰需求，并且不损伤钙钛矿薄膜的成膜质量以及最终器件的电荷收集效率。本发明减小了p-i-n反式结构大面积钙钛矿太阳能电池的制备难度，且提升相应光伏器件的性能。
本发明采用的大烷基链铵盐可替代三维ABX3结构中的A位阳离子以形成二维金属卤化钙钛矿材料，本发明所使用的大烷基链铵盐可溶解于金属卤化钙钛矿前驱体溶液所使用的多种有机溶剂中，因此可用于金属卤化钙钛矿薄膜相同的溶液法制备工艺(如刮涂法和狭缝涂布法等)中，大面积涂布于表面疏水的PTAA等高性能p-i-n反式结构器件常用空穴传输层，兼容大面积的钙钛矿太阳能电池及模组制备工艺。
本发明所使用的大烷基链铵盐层制备于三维ABX3结构金属卤化钙钛矿薄膜之前，因此可以调控薄膜的生长过程，从而在修饰底界面缺陷态的同时影响顶界面的光电性质均一性。
本发明提供的修饰方法过程更为简单高效，且对设备要求较低。
附图说明
图1是本发明实施例1-3中的卤化钙钛矿太阳能电池结构图。
图2是本发明对比例1中的卤化钙钛矿太阳能电池结构图。
图3是本发明实施例1中的卤化钙钛矿太阳能电池器件(虚线)以及对比例1中的钙钛矿太阳能电池器件(实线)在太阳光下的J-V曲线。
图4是本发明实施例2中的卤化钙钛矿太阳能电池器件(虚线)以及对比例1中的钙钛矿太阳能电池器件(实线)在太阳光下的J-V曲线。
图5是本发明实施例3中的卤化钙钛矿太阳能电池器件(虚线)以及对比例1中的钙钛矿太阳能电池器件(实线)在太阳光下的J-V曲线。
具体实施方式
下述实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本发明实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
为了满足未来钙钛矿器件商业化所要求的大面积、高质量以及低成本制备的需求，本发明针对大面积反式金属卤化钙钛矿太阳能电池，利用大烷基链铵盐对其底界面进行修饰，降低钙钛矿薄膜中非辐射复合速率来提升器件的效率，并影响钙钛矿薄膜生长过程以改善薄膜顶界面光电性质均一性。
下述实施例中，卤化钙钛矿太阳能电池底界面的自生长修饰方法，过程如下：
1、溶液前驱体准备：
(1)空穴传输层材料的前驱体溶液：将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)溶解于氯苯(CB)或甲苯(TOL)中形成浓度为3mg/mL的溶液，室温下搅拌溶解12个小时后待用；
(2)界面修饰层材料的前驱体溶液：将丁二胺碘(BDADI)溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中形成浓度为15～20mg/mL的溶液，室温下搅拌至完全溶解待用；
(3)钙钛矿薄膜的前驱体溶液：将碘化铅(PbI2)与甲基碘化胺(MAI)粉末按摩尔比1：1混合溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)：二甲基亚砜(DMSO)＝4：1的混合溶剂中，室温下搅拌过夜至完全溶解后形成浓度为1mmol/mL的钙钛矿前驱体溶液，待用；
(4)电子传输层材料的前驱体溶液：将[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)溶解于氯苯(CB)中，形成浓度为20mg/mL的溶液，完全溶解后用聚四氟乙烯(PTFE)过滤头过滤待用；
(5)空穴阻挡层材料的前驱体溶液：将2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉(BCP)置于异丙醇(IPA)溶剂中，完全溶解后形成浓度为1mg/mL的前驱体溶液待用。
2、自生长修饰：
(1)选取10cm×10cm尺寸的氧化铟锡(ITO)导电玻璃为基底电极，分别用玻璃洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗30min，然后置于烘箱80℃烘干后，冷却到室温，再利用紫外臭氧机或等离子清洗仪处理15min待用；
(2)将准备好的ITO基底电极置于刮涂平台的凹槽处，调节金属刮刀与ITO基底电极的间距为90μm(该间距可影响最终空穴传输层的厚度)，刮涂平台处于加热状态，温度为60℃，ITO基底电极加热约10分钟后，取上述配制的PTAA的前驱体溶液100μL滴于ITO基底上，立即使用刮刀以2cm/s的速率均匀刮涂前驱体溶液至衬底边缘，使溶液均匀分布在ITO基底电极的表面，然后转移至热台上，100℃退火10min得到空穴传输层薄膜；
(3)保持刮刀至空穴传输层薄膜的间距为90μm(刮涂平台处于加热状态，温度为60℃)，该间距可影响最终界面修饰层的厚度，移取上述配制的100μL的BDADI溶液滴于空穴传输层薄膜上，立即用刮刀以1.8cm/s的速率均匀刮涂，使溶液均匀分布在空穴传输层薄膜的表面，然后转移到热台上，100℃退火10min得到界面修饰层薄膜；
(4)保持刮刀与界面修饰层薄膜的间距为250μm，该间距可影响最终钙钛矿层厚度及成膜质量，用移液枪取120μL上述配制好的钙钛矿薄膜的前驱体溶液滴于界面修饰层薄膜上，立即使用刮刀以1.5cm/s的速率均匀刮涂前驱体溶液至基底边缘，使溶液均匀分布在表面，接着转移到热台上100℃退火30min，使薄膜进一步结晶完全；
(5)待钙钛矿薄膜的温度自然冷却至室温后，移取60μL上述配制的PCBM溶液滴于钙钛矿薄膜上，保持刮刀与界面修饰层薄膜的间距为90μm，该间距可影响最终PCBM层厚度，立即用刮刀以1.8cm/s的速率室温下刮涂均匀，并在室温下静置10min即可得到电子传输层薄膜；
(6)保持刮刀至电子传输层薄膜的间距为80μm，该间距可影响最终BCP层厚度，移取100μL上述配制的的BCP溶液滴于薄膜上，以1.8cm/s的速率刮涂均匀后立即转移到热台上70℃退火10min；
(7)将步骤(6)得到的样品置于真空热蒸发设备中，真空蒸镀100nm厚的银电极，即得到反式结构金属卤化钙钛矿太阳能电池。
通过上述方法制备得到的电池结构见图1所示，由底至顶依次包括基底电极ITO、空穴传输层PTAA、界面修饰层BDADI、钙钛矿薄膜层PVK、电子传输层PCBM、空穴阻挡层BCP和背电极Ag。
对比例1：
本对比例中制备了不包含界面修饰层的卤化钙钛矿太阳能电池器件，其制备方法同上述制备方法，不同之处在于，没有进行步骤(3)，并将上述步骤(4)的操作替换为：保持刮刀与空穴传输层薄膜的间距为250μm，该间距可影响最终钙钛矿层厚度及成膜质量，用移液枪取120μL上述配制好的钙钛矿薄膜的前驱体溶液滴于空穴传输层薄膜上，立即使用刮刀以1.5cm/s的速率均匀刮涂前驱体溶液至基底边缘，使溶液均匀分布在表面，接着转移到热台上100℃退火30min，使薄膜进一步结晶完全。
本对比例中制备的卤化钙钛矿太阳能电池器件的结构如图2所示：由底至顶依次包括基底电极ITO(厚度130nm)、空穴传输层PTAA(厚度10nm)、钙钛矿薄膜层PVK(700nm)、电子传输层PCBM(50nm)、空穴阻挡层BCP(8nm)和背电极Ag(100nm)。
实施例1：
本实施例中，界面修饰层材料的前驱体溶液的浓度为15mg/mL；卤化钙钛矿太阳能电池器件的结构为：基底电极的厚度为130nm、空穴传输层的厚度为10nm、界面修饰层的厚度为5nm、钙钛矿薄膜层的厚度为700nm、电子传输层的厚度为50nm、空穴阻挡层的厚度为8nm、背电极的厚度为100nm。
图2为本实施例中由15mg/mL的BDADI制备的界面修饰层的卤化钙钛矿太阳能电池器件在太阳光下的J-V曲线(虚线)，与对比例1中没有界面修饰层的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线(实线)，从图中可以看出，本实施例提供的太阳能电池器件的转化效率相对于没有界面修饰层的器件明显提升。
实施例2：
本实施例中，界面修饰层材料的前驱体溶液的浓度为18mg/mL；卤化钙钛矿太阳能电池器件的结构为：基底电极的厚度为130nm、空穴传输层的厚度为10nm、界面修饰层的厚度为7nm、钙钛矿薄膜层的厚度为700nm)、电子传输层的厚度为50nm)、空穴阻挡层的厚度为8nm、背电极的厚度为100nm。
图3为本实施例中由18mg/mL的BDADI制备的界面修饰层的卤化钙钛矿太阳能电池器件在太阳光下的J-V曲线(虚线)，与对比例1中没有界面修饰层的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线(实线)，从图中可以看出，本实施例提供的太阳能电池器件的转化效率相对于没有界面修饰层的器件明显提升。
实施例3：
本实施例中，界面修饰层材料的前驱体溶液的浓度为20mg/mL；卤化钙钛矿太阳能电池器件的结构为：基底电极的厚度为130nm、空穴传输层的厚度为10nm、界面修饰层的厚度为9nm、钙钛矿薄膜层的厚度为700nm、电子传输层的厚度为50nm、空穴阻挡层的厚度为8nm、背电极的厚度为100nm。
图4为本实施例中由20mg/mL的BDADI制备的界面修饰层的卤化钙钛矿太阳能电池器件在太阳光下的J-V曲线(虚线)，与对比例1中没有界面修饰层的钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线(实线)，从图中可以看出，本实施例提供的太阳能电池器件的转化效率相对于没有界面修饰层的器件明显提升。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种卤化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次相连的基底电极、空穴传输层、界面修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层、空穴阻挡层和背电极；所述界面修饰层由界面修饰层材料的前驱体制备得到，所述界面修饰层的前驱体为C2～C8烷基链碘代铵盐。
2.根据权利要求1所述的卤化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底电极选自氧化铟锡导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃中的任一种；
优选地，所述空穴传输层由空穴传输层材料的前驱体制备得到；所述空穴传输层材料的前驱体选自导电聚合物、无机P型半导体中的任一种；优选为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为氯苯和甲苯中的任意一种或混合使用；所述溶液的浓度为2～3mg/mL；
优选地，所述界面修饰层材料的前驱体为溶液；所述溶液的溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、γ-丁内酯、乙二醇单甲醚、异丙醇、乙醇和乙腈中的任意一种或几种混合使用；所述溶液的浓度优选为15～20mg/mL，进一步优选为15mg/mL；
优选地，所述钙钛矿薄膜层由钙钛矿薄膜的前驱体制备得到；所述钙钛矿薄膜的前驱体选自碘化铅、溴化铅、甲基碘化胺、甲基溴化胺、碘化铯和甲脒氢碘酸盐中的任意一种或几种混合使用；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为N,N-二甲基甲酰胺、乙腈和二甲基亚砜中的任意一种或几种混合使用；所述前驱体溶液的浓度优选为1～2mmol/mL；
优选地，所述电子传输层由电子传输层材料的前驱体制备得到；所述电子传输层材料的前驱体选自富勒烯及其衍生物中的任一种；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为氯苯、甲苯或其任意混合；所述前驱体溶液的浓度优选为20～25mg/mL；
优选地，所述空穴阻挡层由空穴阻挡层材料的前驱体制备得到；所述空穴阻挡层材料的前驱体优选为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉；所述前驱体优选为溶液；所述溶液的溶剂优选为异丙醇；所述前驱体溶液的浓度优选为1～1.5mg/mL；
优选地，所述背电极为导电性金属单质。
3.根据权利要求1所述的卤化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底电极的厚度为10～300nm；
优选地，所述空穴传输层的厚度为1～100nm；
优选地，所述界面修饰层的厚度为1～30nm；
优选地，所述钙钛矿薄膜层的厚度为300～2000nm；
优选地，所述电子传输层的厚度为1～100nm；
优选地，所述空穴阻挡层的厚度为1～50nm；
优选地，所述背电极的厚度为90～300nm。
4.权利要求1-3任一所述的卤化钙钛矿太阳能电池的底界面自生长修饰方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在基底电极上涂覆空穴传输层材料的前驱体，制备得到空穴传输层；
(2)在步骤(1)的空穴传输层上涂覆界面修饰层材料的前驱体，制备得到界面修饰层；
(3)在步骤(2)的界面修饰层上涂覆钙钛矿薄膜层的前驱体，制备得到钙钛矿薄膜层；
(4)在步骤(3)的钙钛矿薄膜层上涂覆电子传输层材料的前驱体，制备得到电子传输层；
(5)在步骤(4)的电子传输层上涂覆空穴阻挡层材料的前驱体，制备得到空穴阻挡层；
(6)在步骤(5)的空穴阻挡层上涂覆背电极材料，制备得到背电极。
5.根据权利要求4所述的底界面自生长修饰方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为2～4cm/s；
优选地，所述步骤(1)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为100～120℃；所述退火处理的时间为10～20min；
优选地，所述步骤(1)中，所述基底电极使用之前需进行洗涤烘干。
6.根据权利要求4所述的底界面自生长修饰方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.8～100cm/s；
优选地，所述步骤(2)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为100～120℃；所述退火处理的时间为10～15min。
7.根据权利要求4所述的底界面自生长修饰方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.5～20cm/s；
优选地，所述步骤(3)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为90～100℃；所述退火处理的时间为30～40min。
8.根据权利要求4所述的底界面自生长修饰方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.8～20cm/s。
9.根据权利要求4所述的底界面自生长修饰方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种，优选为刮涂；所述刮涂的速率为1.8～20cm/s；
优选地，所述步骤(5)还包括涂覆后退火处理；所述退火处理的温度为70～75℃；所述退火处理的时间为10～15min。
10.根据权利要求4所述的底界面自生长修饰方法，其特征在于，所述步骤(6)中，所述涂覆选自旋涂、蒸镀、狭缝涂布、刮涂和丝网印刷中的至少一种；优选为蒸镀。
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