CN114784191A - 一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池 - Google Patents

一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池；所述薄膜是以常用的钙钛矿电池的电子传输层为基底，在该基底上采用两步法制备CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜，之后在CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜上修饰一层有机小分子化合物苯乙酮。制备方法包括：在SnO2基底上使用两步法制备CH3NH3PbI3薄膜，再将苯乙酮旋涂在CH3NH3PbI3薄膜上，该薄膜可用于钙钛矿太阳能电池中。本发明通过苯乙酮修饰CH3NH3PbI3/spiro‑OMeTAD空穴传输层界面，钝化了CH3NH3PbI3薄膜在制备过程中表面产生的未配位Pb2+，降低了CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的缺陷密度。将苯乙酮修饰于CH3NH3PbI3薄膜上能够防止水分渗入钙钛矿，抑制钙钛矿的降解，改善薄膜的稳定性。

Description

一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法 及太阳能电池
技术领域
本发明属于太阳能电池的制备技术领域，具体涉及一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿光吸收层的制备方法，尤其涉及钙钛矿太阳能电池光吸收层/空穴传输层的界面工程。
背景技术
太阳能是一种优良的新型可再生能源。太阳能具有分布广泛、取之不尽、用之不竭、易于获得、污染小、可持续发展的特点，被认为在未来将有望替代传统化石能源，缓解严重的能源危机以及环境污染问题，在促进人类社会能源结构的转型，实现人类社会的可持续发展方面具有很大潜力。太阳能电池能够直接将太阳能转化为电能，实现太阳能的有效利用，成为近年来备受关注的新能源转换技术。自从20世纪50年代太阳能电池面世以来，目前的太阳能电池可以分为三代：以晶硅太阳能电池为代表的第一代太阳能电池，以碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池为代表的一系列第二代太阳能电池，以染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池等为代表的第三代太阳能电池。目前，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已达到25.5％。钙钛矿太阳能电池以其光电转换效率高、制备方法简单多样、制备成本相对较低、应用范围广泛等优点而备受关注，具有广阔的发展前景。CH3NH3PbI3钙钛矿材料是一种直接带隙半导体材料，其带隙约为1.55eV，具有吸光系数高、激子束缚能小、载流子迁移率高、载流子扩散长度长、能够双极性传输载流子的特点,被广泛应用于制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层。但是CH3NH3PbI3薄膜在制备和使用过程中存在以下问题：①CH3NH3PbI3薄膜表面的甲胺离子和碘离子在退火过程中会挥发，导致CH3NH3PbI3薄膜表面的表面铅原子配位不足，在表面形成未配位的Pb2+。薄膜表面的未配位Pb2+是一种深能级缺陷，在钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿光吸收层/空穴传输层界面作为非辐射复合中心，捕获光生载流子。被缺陷捕获的载流子会造成界面处的电荷积累，导致界面处的电荷复合以及能带弯曲，进而改变界面处的能级排布，影响载流子在界面处的提取与传输，使器件的光电转换效率和稳定性变差。②CH3NH3PbI3薄膜对环境中的水分十分敏感，水分渗入CH3NH3PbI3薄膜会与甲胺离子CH3NH3 +形成氢键，打断甲胺离子与[PbI6]八面体之间的键合，破坏钙钛矿结构，加速CH3NH3PbI3的去质子化过程，造成CH3NH3PbI3薄膜的降解，影响CH3NH3PbI3基钙钛矿太阳能电池的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机小分子化合物表面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池，可改善钙钛矿薄膜的质量且提高钙钛矿太阳能电池性能，该方法的核心是一种有机小分子化合物表面修饰以SnO2为基底钙钛矿薄膜的制备方法。该方法制得的钙钛矿薄膜应用于太阳能电池可以有效提升器件效率和稳定性，促进其商业化的进程。
本发明的技术方案为：
一种有机小分子化合物表面修饰的钙钛矿薄膜，所述薄膜是以平面结构SnO2为基底，在该基底上制备CH3NH3PbI3薄膜，之后在CH3NH3PbI3薄膜上旋涂有苯乙酮。
其制备方法包括：
(1)将导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理，烘干并紫外臭氧处理后，将SnO2胶体分散液旋涂到处理后的导电玻璃上，退火获得导电玻璃/SnO2薄膜；
(2)在导电玻璃/SnO2薄膜上采用两步法制备CH3NH3PbI3薄膜，获得导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜；
(3)将苯乙酮溶于异丙醇中，在室温条件下搅拌至完全溶解，获得苯乙酮溶液；将苯乙酮溶液旋涂在步骤(2)制备的导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜上，在一定温度条件下退火，获得导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜。
上述技术方案中，所述的苯乙酮溶液的质量浓度为2～10mg/mL。
进一步的，步骤(3)所述的苯乙酮溶液旋涂的速度为2000～5000rpm，旋涂时间为20～40s。
进一步的，步骤(3)中退火温度为90～120℃，退火时间是1～3min。
进一步的，步骤(1)所述的SnO2胶体分散液的质量百分比浓度为1wt％～5wt％，旋涂速度为2000～5000r/min，旋涂时间为10s～60s，该过程重复次数为4～8次，退火温度为100～200℃，退火时间为20～60min。
进一步的，所述的两步法制备CH3NH3PbI3薄膜为：
1)称PbI2溶解在二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，加热搅拌直至完全溶解。然后用聚四氟乙烯滤头将该溶液过滤，获得PbI2前驱体溶液。将PbI2前驱体溶液旋涂到经过紫外臭氧处理的导电玻璃/SnO2薄膜上，经退火获得导电玻璃/SnO2/PbI2薄膜；
2)称取甲基碘化铵溶于异丙醇中，搅拌至完全溶解，获得质量浓度为5～10mg/mL的甲基碘化铵溶液。将得到的导电玻璃/SnO2/PbI2薄膜在甲基碘化铵溶液中浸渍1～5min。将浸渍后的薄膜取出后在异丙醇中清洗后取出薄膜，去除多余的异丙醇，在80～110℃下退火1～10min，获得导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜。
进一步的，步骤1)中PbI2前驱体溶液浓度为0.5～1.5mol/L，二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1：7～1：11，搅拌加热温度为50℃～100℃，搅拌时间为10～60min，PbI2前驱体溶液旋涂体积为130～180μL，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为20～60s；退火温度为50～80℃，退火时间为10～60min。
一种钙钛矿太阳能电池，是在上述方法制得的导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜上旋涂spiro-OMeTAD溶液制备空穴传输层，得到导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD薄膜，最后在导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD薄膜上真空蒸镀一层Au对电极，获得钙钛矿太阳能电池器件。
根据本发明的一种具体实例，本发明的一种太阳能电池的制备方法可以包括以下步骤：
(1)将FTO导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理20min，在真空干燥箱中烘干，然后在紫外臭氧清洗机中处理30min。将体积为100～200μL，质量百分比浓度为1wt％～5wt％的SnO2胶体分散液旋涂到经过紫外臭氧处理的FTO导电玻璃上，在2000～5000rpm的转速下旋涂10～60s，该过程重复4～8次。然后置于恒温加热台上100～200℃条件下退火20～60min，获得以FTO导电玻璃为基底的SnO2薄膜(FTO/SnO2薄膜)。
(2)称适量PbI2溶解在体积比为1：7～1：11的二甲基亚砜和N,N-二甲基甲酰胺的混合溶剂中，使用恒温加热磁力搅拌器在50～100℃条件下加热搅拌10～60min直至完全溶解。然后用聚四氟乙烯滤头将该溶液过滤，获得摩尔浓度为0.5～1.5mol/L的PbI2前驱体溶液。将步骤(1)中制备的FTO/SnO2薄膜在紫外臭氧清洗机中处理30min。将体积为130～180μL的PbI2溶液旋涂到经过紫外臭氧处理的FTO/SnO2薄膜上，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为20～60s。然后在50～80℃下退火10～60min，获得FTO/SnO2/PbI2薄膜。称取适量甲基碘化铵溶于异丙醇中，在20～40℃条件下使用磁力搅拌器搅拌20～60min至完全溶解，获得质量浓度为5～10mg/mL的甲基碘化铵溶液。将FTO/SnO2/PbI2薄膜在甲基碘化铵溶液中浸渍1～5min。将浸渍后的薄膜取出后在异丙醇中清洗10～60s，清洗完毕后取出薄膜甩干多余的异丙醇，之后使用恒温加热台将薄膜在80～110℃下退火1～10min，获得FTO/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜。
(3)将适量的苯乙酮液体溶于一定体积的异丙醇中，在20～30℃条件下使用磁力搅拌器搅拌20～60min至完全溶解，获得浓度为2～10mg/mL的苯乙酮溶液。用移液枪移取体积为100～200μL苯乙酮溶液旋涂在步骤(2)制备的FTO/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜上,旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为20～40s。随后将薄膜置于恒温加热台上在90～120℃下退火1～3min，获得FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜。
(4)将50μL的spiro-OMeTAD钴基旋涂液旋涂于步骤(3)制备的FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜上，旋涂速度为3000rpm，旋涂时间30s，获得以FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜为衬底的钴掺杂spiro-OMeTAD空穴传输层。
(5)在高真空(5×10-5Pa)条件下，在FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD基片上蒸镀一层80nm厚的金(Au)作为对电极，获得具有FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池。
本发明步骤(2)中，所述的苯乙酮,Standard for GC，≥99.5％(GC)。
上述的FTO导电玻璃的规格为20mm*25mm,方块电阻为14Ω，透光率≥90％。
CH3NH3PbI3薄膜中未配位的Pb2+可被看做Lewis酸，其含有未填满的p轨道，能够通过引入含有孤对电子的给电子体元素O、P、N、S的Lewis碱修饰剂对其进行钝化。苯乙酮含有羰基(C＝O)，能够视为Lewis碱，通过Lewis酸碱反应，钝化由于Pb原子配位不足导致的正电荷缺陷，降低界面处的缺陷态密度，抑制界面非辐射复合，改善界面载流子传输动力学，获得更高的效率。此外，苯乙酮中含有苯环，苯环的π共轭结构能够促进电池内部的电荷传输，苯环的疏水性能够阻挡环境中水分渗入钙钛矿，有利于改善器件的稳定性。
本发明的有益效果是：
本发明将苯乙酮旋涂在CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD界面。引入有机小分子化合物苯乙酮能够给未配位的Pb2+提供孤对电子，通过苯乙酮与未配位的Pb2+间的Lewis酸碱反应达到钝化缺陷的目的。苯乙酮中的苯环够促进电池内部的电荷传输，改善器件性能；同时疏水的苯环能够阻挡环境中水分渗入钙钛矿，防止钙钛矿的降解，提高器件稳定性。研究结果表明，通过苯乙酮对CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD界面进行修饰，改善了CH3NH3PbI3薄膜的形貌、结构、光学性能、稳定性及相应太阳能电池的性能。
附图说明
图1为钙钛矿薄膜的场发射扫描电镜图：(a)未修饰的CH3NH3PbI3薄膜；(b)苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3薄膜。
图2为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的X射线衍射图。
图3为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的紫外可见吸收光谱。
图4为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的荧光光谱。
图5为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的分别在空气中存放0～300h的化学稳定性。
图6为未修饰和苯乙酮修饰的钙钛矿太阳能电池分别在空气条件下放置0-42天的效率变化图。
图7为未修饰和苯乙酮修饰的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线图。
图8为未修饰和苯乙酮修饰的钙钛矿太阳能电池的单色光转换效率(IPCE)图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行具体说明。
实施例1
(1)将FTO导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理20min，随后在真空干燥箱中烘干，然后在紫外臭氧清洗机中处理30min。将体积120μL，质量百分比浓度为1.5wt％的SnO2水胶体分散液旋涂到经过紫外臭氧处理的FTO导电玻璃上，以2500rpm的转速旋涂20s，该过程重复4次，然后在100℃下退火25min，获得以FTO导电玻璃为基底的SnO2薄膜(FTO/SnO2薄膜)。
(2)将适量PbI2溶解于体积比为1：9的二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺混合溶剂中，使用恒温加热磁力搅拌器在70℃条件下加热搅拌25min直至完全溶解，然后使用聚四氟乙烯滤头将溶液过滤，获得摩尔浓度为0.5mol/L的PbI2前驱体溶液。将步骤(1)中制备的FTO/SnO2薄膜在紫外臭氧清洗机中处理30min。将体积为120μL的PbI2前驱液旋涂于经过紫外臭氧处理的FTO/SnO2薄膜之上，旋涂速度为2500rpm，旋涂时间为40s。然后在70℃下退火30min，获得FTO/SnO2/PbI2薄膜。称取适量甲基碘化铵溶于一定体积的异丙醇中，在25℃条件下经磁力搅拌25min获得质量浓度为7mg/mL的甲基碘化铵溶液。将FTO/SnO2/PbI2薄膜在甲基碘化铵溶液浸渍反应2min，将浸渍后的薄膜取出后在异丙醇中清洗20s，清洗完毕后取出薄膜甩干多余的异丙醇，之后使用恒温加热台将薄膜在95℃条件下退火5min，获得FTO/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜。
(3)将适量苯乙酮溶于一定体积异丙醇中，在25℃条件下磁力搅拌25min至完全溶解，配置质量浓度为4mg/mL的苯乙酮溶液。取体积为120μL的苯乙酮溶液旋涂在FTO/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜上,旋涂速度为2500rpm，旋涂时间为30s。随后在恒温加热台上在110℃下退火3min，获得FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜。
(4)将50μL的spiro-OMeTAD钴基旋涂液旋涂于步骤(3)制备的FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜上，旋涂速度为3000rpm，旋涂时间30s，获得以FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜为衬底的钴掺杂spiro-OMeTAD空穴传输层。
(5)在高真空(5×10-5Pa)条件下，在FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD基片上蒸镀一层80nm厚的金(Au)作为对电极，获得具有FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池。
下面结合附图对本发明进行具体说明：
附图1为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的场发射扫描电镜图。由图可知，未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜有很多孔洞，薄膜覆盖率差且晶粒尺寸不均匀，平均粒径约为185.60nm，结晶性较差；苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜表面针孔较少，薄膜更加致密，晶粒尺寸较为均匀，平均粒径增至219.86nm，结晶性有所改善。致密且针孔少的薄膜能够防止空穴传输层直接与电子传输层接触，避免引起短路，有利于改善钙钛矿太阳能电池的性能。
附图2为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的X射线衍射图。由图2可知，在苯乙酮修饰后，CH3NH3PbI3对应的衍射峰强度略微增大，且衍射峰位置未发生改变，表明苯乙酮修饰并未改变CH3NH3PbI3薄膜的结构，同时CH3NH3PbI3薄膜的结晶度有所提高。此外，在经苯乙酮修饰后，CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜出现的一个很小的PbI2衍射峰，表明出现了少量的PbI2，有利于钝化CH3NH3PbI3薄膜表面的缺陷。以上结果表明，经过苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3薄膜结晶性能得到改善，薄膜质量得到提高，有利于改善器件的光电性能。
附图3为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的紫外可见光吸收光谱。结果表明，苯乙酮修饰能提高CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜在600nm-900nm波长范围内的吸光度，同时使薄膜的吸收边发生红移，改善了CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的光吸收性能。
附图4为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的荧光光谱(PL)。由图可知，经过苯乙酮修饰后，CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的PL强度显著增强，表明苯乙酮修饰后CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的缺陷浓度降低，薄膜质量得到改善，有利于制备稳定高效的钙钛矿太阳能电池。
附图5为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜在空气中放置0h和300h的X射线衍射图。由图5可知，在0h时，经苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜和未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜衍射峰强度相当，而在空气中放置300h后，可以明显观察到未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜样品对应的CH3NH3PbI3衍射峰强度出现明显下降，经苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜样品相应的衍射峰强度则基本保持不变。以上结果表明，对CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜进行苯乙酮修饰能够有效阻挡空气中的水分渗入钙钛矿，抑制钙钛矿薄膜的降解，提高钙钛矿薄膜的稳定性。
附图6为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池在空气条件下放置0-42天的效率变化图。由图可知，未经修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池在空气中放置24天后电池效率就下降至0；而经过苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池在同样条件下放置45天后还能够保持约72％的初始效率。以上结果显示，经过苯乙酮修饰后，CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的稳定性显著提高，说明苯乙酮修饰能够有效抑制水分渗入，延缓水分引发的钙钛矿降解过程，改善器件的空气稳定性。
附图7为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图。表1为附图7相关的钙钛矿太阳能电池性能参数表。由图7和表1可知，在使用苯乙酮对钙钛矿太阳能电池的钙钛矿光吸收层/空穴传输层界面进行修饰后，相应器件的各项性能参数均得到改善。苯乙酮修饰后，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率从8.13％提升至11.85％，开路电压从0.99V提升至1.07V，短路电流从11.50mA·cm-2提升至15.21mA·cm-2，填充因子为从0.72提升至0.73。相对未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池，苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的效率提升了45.76％。
表1钙钛矿太阳能电池光伏参数
样品 V<sub>OC</sub>(V) J<sub>SC</sub>(mA·cm<sup>-2</sup>) FF(％) PCE(％)
SnO<sub>2</sub>/CH<sub>3</sub>NH<sub>3</sub>PbI<sub>3</sub> 0.99 11.50 0.72 8.13
SnO<sub>2</sub>/CH<sub>3</sub>NH<sub>3</sub>PbI<sub>3</sub>/苯乙酮 1.07 15.21 0.73 11.85
附图8为未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的单色光电转化效率(IPCE)图。由图可知，在460nm处，未修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池和苯乙酮修饰的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池分别达到68.21％和77.66％的最大IPCE值，相应的积分电流分别为13.74mA/cm2和16.29mA/cm2。经苯乙酮修饰后，CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池的IPCE值明显增大，说明经过修饰的器件实现了更有效的光电转换，其结果与J-V测试结果相符合，表明苯乙酮修饰有利于制备高效的钙钛矿太阳能电池。
本发明通过苯乙酮修饰CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD界面，钝化了CH3NH3PbI3薄膜在制备过程中产生的未配位Pb2+，降低了CH3NH3PbI3钙钛矿薄膜的缺陷密度，改善薄膜质量；并且通过在CH3NH3PbI3薄膜表面修饰苯乙酮能够阻挡空气中的水分渗入，抑制钙钛矿薄膜的分解，改善钙钛矿薄膜的稳定性，从而制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池。
实施例2
(1)将FTO导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理20min，随后在真空干燥箱中烘干，然后在紫外臭氧清洗机中处理30min。将体积200μL，质量百分比浓度为4wt％的SnO2水胶体分散液旋涂到经过紫外臭氧处理的FTO导电玻璃上，以4000rpm的转速旋涂40s，该过程重复6次，然后在170℃下退火45min，获得以FTO导电玻璃为基底的SnO2薄膜(FTO/SnO2薄膜)。(2)将适量PbI2溶解于体积比为1：11的二甲基亚砜(DMSO)和N，N—二甲基甲酰胺(DMF)混合溶剂中，使用恒温加热磁力搅拌器在80℃条件下加热搅拌50min直至完全溶解，然后使用聚四氟乙烯滤头将溶液过滤，获得摩尔浓度为1.2mol/L的PbI2前驱体溶液。将步骤(1)中制备的FTO/SnO2薄膜在紫外臭氧清洗机中处理30min。将体积为160μL的PbI2前驱液旋涂于经过紫外臭氧处理的FTO/SnO2薄膜之上，旋涂速度为3500rpm，旋涂时间为30s。然后在80℃下退火20min，获得FTO/SnO2/PbI2薄膜。称取适量甲基碘化铵溶于一定体积的异丙醇中，在20℃条件下经磁力搅拌25min获得质量浓度为10mg/mL的甲基碘化铵溶液。将FTO/SnO2/PbI2薄膜在甲基碘化铵溶液浸渍反应5min，将浸渍后的薄膜取出后在异丙醇中清洗40s，清洗完毕后取出薄膜甩干多余的异丙醇，之后使用恒温加热台将薄膜在100℃条件下退火10min，获得FTO/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜。
(3)将适量苯乙酮溶于一定体积异丙醇中，在30℃磁力搅拌45min至完全溶解，配置质量浓度为8mg/mL的苯乙酮溶液。取体积为180μL的苯乙酮溶液旋涂在FTO/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜上,旋涂速度为5000rpm，旋涂时间为35s。随后在恒温加热台上在120℃下退火2min，获得FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜。
(4)将50μL的spiro-OMeTAD钴基旋涂液旋涂于步骤(3)制备的FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜上，旋涂速度为3000rpm，旋涂时间30s，获得以FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜为衬底的钴掺杂spiro-OMeTAD空穴传输层。
(5)在高真空(5×10-5Pa)条件下，在FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD基片上蒸镀一层80nm厚的金(Au)作为对电极，获得具有FTO/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD/Au结构的钙钛矿太阳能电池。

Claims (10)

1.一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述薄膜是以平面结构SnO2为基底，在该基底上制备CH3NH3PbI3薄膜，之后在CH3NH3PbI3薄膜上旋涂苯乙酮。
2.根据权利要求1所述的有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
(1)将导电玻璃分别用丙酮、无水乙醇、去离子水超声处理，烘干并紫外臭氧清洗处理后，将SnO2胶体分散液旋涂到处理后的导电玻璃上，退火获得导电玻璃/SnO2薄膜；
(2)在导电玻璃/SnO2薄膜上采用两步法制备CH3NH3PbI3薄膜，获得导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜；
(3)将苯乙酮溶于异丙醇中，在室温条件下搅拌至完全溶解，获得苯乙酮溶液；将苯乙酮溶液旋涂在步骤(2)制备的导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜上，在一定温度条件下退火，获得导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜。
3.根据权利要求2所述的有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的苯乙酮溶液的质量浓度为2～10mg/mL。
4.根据权利要求2所述的有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述的苯乙酮溶液旋涂的速度为2000～5000rpm，旋涂时间为20～40s。
5.根据权利要求2所述有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中退火温度为90～120℃，退火时间是1～3min。
6.根据权利要求2所述有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的SnO2胶体分散液的质量百分比浓度为1wt％～5wt％，旋涂速度为2000～5000r/min，旋涂时间为10s～60s，该过程重复次数为4～8次，退火温度为100～200℃，退火时间为20～60min。
7.根据权利要求2所述的有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述的两步法制备CH3NH3PbI3薄膜为：
1)称PbI2溶解在二甲基亚砜(DMSO)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，加热搅拌直至完全溶解，然后用聚四氟乙烯滤头将该溶液过滤，获得PbI2前驱体溶液，将PbI2前驱体溶液旋涂到经过紫外臭氧处理的导电玻璃/SnO2薄膜上，经退火获得导电玻璃/SnO2/PbI2薄膜；
2)称取甲基碘化铵溶于异丙醇中，搅拌至完全溶解，获得质量浓度为5～10mg/mL的甲基碘化铵溶液，将得到的导电玻璃/SnO2/PbI2薄膜在甲基碘化铵溶液中浸渍1～5min，将浸渍后的薄膜取出后在异丙醇中清洗后取出薄膜，去除多余的异丙醇，在80～110℃下退火1～10min，获得导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3薄膜。
8.根据权利要求7所述的有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中PbI2前驱体溶液浓度为0.5～1.5mol/L，二甲基亚砜和N，N-二甲基甲酰胺的体积比为1：7～1：11，搅拌加热温度为50℃～100℃，搅拌时间为10～60min，PbI2前驱体溶液旋涂体积为130～180μL，旋涂速度为2000～5000rpm，旋涂时间为20～60s；退火温度为50～80℃，退火时间为10～60min。
9.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，在如权利要求2-8任一项所述方法制得的导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮薄膜上旋涂spiro-OMeTAD溶液制备空穴传输层，得到导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD薄膜，最后在导电玻璃/SnO2/CH3NH3PbI3/苯乙酮/spiro-OMeTAD薄膜上真空蒸镀一层Au对电极，获得钙钛矿太阳能电池器件。
10.根据权利要求9所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池中通过苯乙酮修饰降低CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD界面处的缺陷态密度，抑制界面非辐射复合，同时利用苯乙酮中苯环的π共轭结构促进电池内部的电荷传输，以及苯环的疏水性阻挡环境中水分渗入钙钛矿CH3NH3PbI3，改善稳定性。
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