CN115884611A

CN115884611A - 一种CsPbI3钙钛矿太阳能电池及其制备方法

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Publication number: CN115884611A
Application number: CN202310153537.0A
Authority: CN
Inventors: 张跃; 胡利艳; 康卓; 徐晨哲
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2023-02-23
Filing date: 2023-02-23
Publication date: 2023-03-31
Anticipated expiration: 2043-02-23
Also published as: CN115884611B

Abstract

本公开实施例提供了一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该制备方法包括：在导电衬底上制备电子传输层；在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；在钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备空穴传输层；在空穴传输层表面制备电极，得到CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。该CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法引入异丁基碘化胺及其衍生物来钝化CsPbI₃钙钛矿吸光层表面缺陷，能够抑制载流子复合，提高CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的性能。

Description

一种CsPbI3钙钛矿太阳能电池及其制备方法

技术领域

本公开涉及电池技术领域，尤其涉及一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

CsPbI₃钙钛矿因其具有带隙合适、吸收系数高、激子结合能低、高缺陷容忍度和制备方法简单等优点，十分适合制备太阳能电池。研究人员通过开发溶剂工程、界面工程、带隙工程等技术，使得CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的功率转换效率有了很大提高。但是，由于CsPbI₃钙钛矿吸光层中存在大量缺陷，这些缺陷会作为复合中心捕获载流子，导致CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的性能严重受限。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例提供了一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过引入异丁基碘化胺及其衍生物来钝化CsPbI₃钙钛矿吸光层表面缺陷，能够抑制载流子复合，提高CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的性能。

第一方面，本公开实施例提供了一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法包括：

在导电衬底上制备电子传输层；

在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；

在钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备空穴传输层；

在空穴传输层表面制备电极，得到碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。

可选的，在导电衬底上制备电子传输层，包括：配制第一前驱体溶液；将第一前驱体溶液倒入容器中；将导电衬底倾斜浸入第一前驱体溶液中；将容器置于鼓风干燥箱中进行水热反应；反应结束后取出导电衬底，对导电衬底进行清洗和退火后，得到表面形成有电子传输层的导电衬底。

可选的，将容器置于鼓风干燥箱中进行水热反应，包括：向第一前驱体溶液中加入氟化铵后，将容器置于鼓风干燥箱中进行水热反应。

可选的，在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜，包括：配制第二前驱体溶液，将第二前驱体溶液刮涂至电子传输层表面，退火处理后形成未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；配制含有异丁基碘化胺及其衍生物的钝化液，将钝化液刮涂至未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火处理后形成异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

可选的，配制第二前驱体溶液，包括：取碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐，将碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐溶解于有机溶剂形成第二前驱体溶液。

可选的，碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐的摩尔比为1:1:0.5~1:1:1.5。

可选的，配制含有异丁基碘化胺及其衍生物的钝化液，包括：取异丁基碘化胺及其衍生物，将异丁基碘化胺及其衍生物溶解于有机溶剂形成钝化液，钝化液中异丁基碘化胺及其衍生物的浓度为0.5mg/mL~10mg/mL。

可选的，在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜，包括：取碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物，将碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物分别置于真空蒸镀机腔体内的坩埚中；将形成有电子传输层的导电衬底转移至真空蒸镀机腔体内；将腔体抽真空后，对坩埚进行加热，使碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物共蒸发沉积在电子传输层表面，退火后形成异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

可选的，异丁基碘化胺及其衍生物包括以下化合物的一种或者多种：壬基碘化胺、苯乙基碘化胺、苯甲基碘化胺、叔丁基碘化胺、异丁基碘化胺、苯丙基碘化胺、苯丙胺碘、对氟苯胺碘、对溴苯胺碘和对氯苯胺碘。

第二方面，本公开实施例提供了一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，包括：

导电衬底；

在导电衬底上沉积的电子传输层；

在电子传输层表面制备的异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；

在钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备的空穴传输层；

在空穴传输层表面制备的电极。

如上，本公开实施例提供了CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法包括：先在导电衬底上制备电子传输层；再在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；再在钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备空穴传输层；最后在空穴传输层表面制备电极，得到CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。通过在CsPbI₃钙钛矿薄膜中引入异丁基碘化胺及其衍生物，钝化了CsPbI₃钙钛矿吸光层表面缺陷，抑制了载流子复合，从而使得CsPbI₃钙钛矿薄膜的晶粒尺寸增大，缺陷态密度降低，载流子迁移率上升，提高了CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本公开实施例提供的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法的流程图；

图2为本公开实施例提供的基于刮涂法制备钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜的方法流程图；

图3为本公开实施例提供的基于蒸镀法制备钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜的方法流程图；

图4为本公开实施例提供的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的结构示意图；

图5为本公开对比例1提供的电流密度-电压曲线；

图6为本公开实施例1提供的电流密度-电压曲线；

图7为本公开对比例2提供的电流密度-电压曲线；

图8为本公开实施例2提供的电流密度-电压曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。

除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。

在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。

这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。

本公开实施例提供一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法，参看图1，该CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法包括步骤S1至步骤S4。

S1、在导电衬底上制备电子传输层。

其中，导电衬底包括FTO玻璃、柔性PET基底和ITO玻璃等。一般情况下，制备电子传输层之前需要对导电衬底进行清洗。以FTO玻璃为例，导电衬底的清洗过程可以包括：依次使用清洁剂、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇溶剂对FTO玻璃超声清洗30分钟，使用氮气吹干，再使用紫外-臭氧处理20分钟，放在干燥皿中备用。

电子传输层用于提取并传输钙钛矿层中的光生电子。示例性地，电子传输层可以为氧化物薄膜，比如，氧化锌薄膜、二氧化钛薄膜或者氧化锡薄膜等。具体实施时，电子传输层的厚度约20nm~300nm，可以通过旋涂、原子层沉积、磁控溅射或者水热法等方法在导电衬底上制备电子传输层。

其中，水热法具有工艺简单、成本低廉的优点，并且，采用水热法所得电子传输层表面致密平整，晶粒大小均一，有利于制备出大面积的钙钛矿太阳能电池。

示例性地，步骤S1可以包括以下子步骤S11~子步骤S15，用于详细说明水热法制备电子传输层的过程，其中：

S11、配制第一前驱体溶液；

S12、将第一前驱体溶液倒入容器中；

S13、将导电衬底倾斜浸入第一前驱体溶液中；

S14、将容器置于鼓风干燥箱中，进行水热反应；

S15、反应结束后取出导电衬底，对导电衬底进行清洗处理和退火处理后，得到表面形成有电子传输层的导电衬底。

其中，第一前驱体溶液指用于生成电子传输层的反应溶液，以水热法制备二氧化锡薄膜为例：可以取0.1375g氯化亚锡和0.5835g尿素与12μL巯基乙酸、625μL盐酸和50mL蒸馏水混合，形成二氧化锡薄膜的前驱体溶液；配制好后将其倒入烧杯中，随后将FTO玻璃倾斜放入其中，并将其置于鼓风干燥箱中进行水热反应，反应一定时间后将烧杯取出，并使用蒸馏水和异丙醇对所沉积二氧化锡进行超声清洗，待清洗干净后，在180℃热台上进行退火处理得到二氧化锡薄膜。

在一些实施例中，子步骤S14可以细化为：先向第一前驱体溶液中加入氟化铵后，再将烧杯置于鼓风干燥箱中进行水热反应。以二氧化锡薄膜为例，引入氟化铵能够调控二氧化锡薄膜的导带位置，降低SnO₂/CsPbI₃界面的能垒，有利于载流子的传输，从而能够制备出大面积且具有优良光电性能和稳定性的CsPbI₃钙钛矿电池。

S2、在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

其中，异丁基碘化胺及其衍生物作为钝化剂被引入CsPbI₃钙钛矿薄膜中，能够钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面缺陷，抑制载流子复合，从而改善CsPbI₃钙钛矿太阳能电池性能。

本公开实施例涉及的异丁基碘化胺及其衍生物包括以下化合物的一种或者多种：壬基碘化胺、苯乙基碘化胺、苯甲基碘化胺、叔丁基碘化胺、异丁基碘化胺、苯丙基碘化胺、苯丙胺碘、对氟苯胺碘、对溴苯胺碘和对氯苯胺碘。

需要说明的是，除了引入单一种类的异丁基碘化胺及其衍生物外，本领域技术人员也可以根据试验情况将两种或者两种以上的异丁基碘化胺及其衍生物共同引入CsPbI₃钙钛矿中，以期获得具有良好光电性能的CsPbI₃钙钛矿薄膜，进一步提高CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

在一些实施例中，步骤S2中可以选择通过刮涂法在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。参看图2，基于刮涂法制备钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜包括子步骤S21和子步骤S22。

S21、配制第二前驱体溶液，将第二前驱体溶液刮涂至电子传输层表面，退火处理后形成未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

其中，第二前驱体溶液指用于生成CsPbI₃钙钛矿的溶液。示例性地，可以将CsPbI₃钙钛矿前驱体溶液在常温基底上进行刮涂，刮涂速率为0.5m/min~2m/min，待刮涂完成后，将所得薄膜依次经100℃~150℃预退火和180℃~220℃二次退火处理，得到均匀的黑色CsPbI₃钙钛矿薄膜。

具体地，配制第二前驱体溶液的步骤可以细化为：取碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐，将碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐溶解于有机溶剂形成CsPbI₃钙钛矿前驱体溶液。其中，碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐的摩尔比可以为1:1:0.5~1:1:1.5，该范围内的摩尔比有利于生成缺陷较少、组织均匀的CsPbI₃钙钛矿结构。示例性地，碘化铅、碘化铯、二甲胺氢碘酸盐的摩尔比为1:1:1、1:1:0.8或1:1:1.2。

具体实施时，可用于溶解碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐的有机溶剂包括N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜等。示例性地，可以将等摩尔比的碘化铅、碘化铯、二甲胺氢碘酸盐粉末溶于体积比为4:1N-N二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，静置5h~15h，待粉末完全溶解后使用聚四氟乙烯滤头进行过滤，得到CsPbI₃钙钛矿前驱体溶液。

S22、配制含有异丁基碘化胺及其衍生物的钝化液，将钝化液刮涂至未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火处理后形成异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

其中，配制含有异丁基碘化胺及其衍生物的钝化液的步骤包括：取异丁基碘化胺及其衍生物，将异丁基碘化胺及其衍生物溶解于有机溶剂形成钝化液。示例性地，钝化液中异丁基碘化胺及其衍生物的浓度为0.5mg/mL~10mg/mL。该浓度范围内的钝化液与CsPbI₃钙钛矿吸光层表面缺陷相匹配，浓度过高容易造成异丁基碘化胺及其衍生物过剩，影响CsPbI₃钙钛矿的光电性能，浓度过低不能够充分钝化CsPbI₃钙钛矿吸光层表面缺陷，同样不利于CsPbI₃钙钛矿的光电性能的提高。

具体实施时，可选用的溶解异丁基碘化胺及其衍生物的有机溶剂包括N-N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、异丙醇和乙醇等。以异丁基碘化胺为例，可以将异丁基碘化胺溶于异丙醇，形成浓度为2mg/mL的钝化液，随后将该钝化液在未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面上进行刮涂，刮涂速率为0.5m/min~2m/min，刮涂完成后，在50℃~150℃热台上退火5min~20min形成异丁基碘化胺钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

由于刮涂法有利于制备出表面致密平整，晶粒大小均一的大面积CsPbI₃钙钛矿薄膜，因此，上述通过刮涂法来实现异丁基碘化胺及其衍生物对CsPbI₃钙钛矿薄膜的表界面钝化，在大面积、优良光电性能和稳定性的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方面具有良好的应用前景。

在一些实施例中，步骤S2中还可以选择通过蒸镀法在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。参看图3，基于蒸镀法制备钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜包括子步骤S23至子步骤S25。

S23、取碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物，将碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物分别置于真空蒸镀机腔体内的坩埚中。

S24、将形成有电子传输层的导电衬底转移至真空蒸镀机腔体内。

S25、将腔体抽真空后，对坩埚进行加热，使碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物共蒸发沉积在电子传输层表面，退火后形成异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

其中，腔体抽真空后的压力应小于等于10^-3Pa，以异丁基碘化胺为例，当真空腔压力达到10^-3Pa时，碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺共蒸发形成钙钛矿活性层。在蒸发过程中，碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺坩埚源首先缓慢预热，直到坩埚温度分别达到理想温度时开始蒸发，以0.05Å/s~1Å/s的蒸镀速率沉积在电子传输层表面，经90℃~150℃退火处理后形成钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜。

由于蒸镀法有利于制备出表面致密平整，晶粒大小均一的大面积CsPbI₃钙钛矿薄膜，并且，能够有效避免有机溶剂的使用，因此，上述通过蒸镀法来实现异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜的制备方法，所制备薄膜重复性较高，制备过程受环境影响也较小，因此，在大面积、优良光电性能和稳定性的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方面具有良好的应用前景。

S3、在钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备空穴传输层。

示例性地，可以采用Spiro-OMeTAD作为空穴传输层材料，将Spiro-OMeTAD、4-叔基吡啶、Li-TFSI溶液和FK209溶液溶解在氯苯中，形成Spiro-OMeTAD溶液，再将Spiro-OMeTAD溶液以0.5m/min~2m/min的速率刮涂至钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火得到空穴传输层。

S4、在空穴传输层表面制备电极，得到CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。

常用的电极材料包括金属电极和碳电极。其中，金属电极可以通过在空穴传输层表面蒸镀金属得到，但成本较高；碳电极可以通过在空穴传输层上采用热压法制备。

示例性地，可以先用刮刀将掺杂碳量子点或者银纳米线的导电碳浆刮涂在石墨纸上，接着将其浸入到乙醇溶液中，在室温下放置15min~30min，形成湿膜，然后将其从乙醇溶液中取出，放入烘箱烘干，即可得到碳膜，最后将制备好的碳膜放在热压机上，设置热压温度为50℃~100℃，热压时间为1min~3min，将碳膜热压到空穴传输层上，即可得到碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。

需要说明的是，与金属电极相比，使用掺杂碳量子点或者银纳米线的高导电性碳浆作为碳电极，能够保证CsPbI₃钙钛矿太阳能电池在具有较高光电转换效率的前提下，大幅度降低其制备成本，从而为工业化生产提供基础。

如上，本公开实施例提供了CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法包括：先在导电衬底上制备电子传输层；再在电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；再在钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备空穴传输层；最后在空穴传输层表面制备碳电极，得到CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。通过在CsPbI₃钙钛矿薄膜中引入异丁基碘化胺及其衍生物，钝化了CsPbI₃钙钛矿吸光层表界面缺陷，抑制了载流子复合，从而使得CsPbI₃钙钛矿薄膜的晶粒尺寸增大、缺陷态密度降低，载流子迁移率上升，提高了CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

并且，本公开实施例采用刮涂法和蒸镀法能够制备得到表面致密平整，晶粒大小均一的CsPbI₃钙钛矿层薄膜，采用水热法能够制备得到均匀致密的电子传输层薄膜，以及采用刮涂法能够制备得到均匀致密的空穴传输层薄膜，因此，在大面积、优良光电性能和稳定性的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方面具有良好的应用前景。

此外，本公开实施例还提供一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，参看图4，该CsPbI₃钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括：

导电衬底；

在导电衬底上沉积的电子传输层；

在钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备的空穴传输层；

在空穴传输层表面制备的电极。

为了便于本领域技术人员更加清楚地了解本公开实施例中CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法及其性能优势，下面本公开实施例以几个具体实施例进行说明。

对比例1

本对比例1中的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜基于刮涂法制备，且未引入任何异丁基碘化胺及其衍生物，其制备方法包括以下步骤：

（1）依次使用清洁剂、去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇溶剂对FTO玻璃超声清洗30分钟，使用氮气吹干，最后使用紫外-臭氧处理20分钟，得到洁净的FTO玻璃衬底，放在干燥皿中备用。

（2）将提前配制好的二氧化锡前驱体溶液倒入烧杯中，随后将FTO玻璃倾斜放入其中，并将其置于鼓风干燥箱中进行水热反应，反应一定时间后将烧杯取出，并使用蒸馏水和异丙醇对所沉积二氧化锡进行超声清洗，待清洗干净后，在180℃热台上进行退火处理得到二氧化锡多晶薄膜。

（3）将等摩尔比的碘化铅、碘化铯、二甲胺氢碘酸盐粉末溶于N-N二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4:1的混合溶液中，静置12h，待粉末完全溶解后使用聚四氟乙烯滤头进行过滤，得到CsPbI₃钙钛矿前驱体溶液。

（4）将CsPbI₃前驱体溶液在常温基底上进行刮涂，得到淡黄色均匀的CsPbI₃钙钛矿薄膜，刮涂速率为1.5m/min，待刮涂完成后，将所得薄膜置于120℃进行预退火，随后进行190℃二次退火，得到黑色均匀的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

（5）将90mg Spiro-OMeTAD、39μL 4-叔基吡啶、23μL Li-TFSI溶液（Li-TFSI浓度为520mg/mL，溶剂为乙腈）和10 μL FK209溶液（FK209浓度为375mg/mL，溶剂为乙腈）溶解在1mL 氯苯中，得到Spiro-OMeTAD溶液，将Spiro-OMeTAD溶液以1.5m/min的速率刮涂至CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火得到空穴传输层。

（6）通过热压法在空穴传输层表面制备碳电极，从而得到碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，其电流密度-电压曲线参见图5。

从图5可以看出，对比例1中的碳基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率（powerconversion efficiency，PCE）为12.96%。

实施例1

本实施例1中的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜基于刮涂法制备，且引入异丁基碘化胺作为钝化剂，其制备方法包括以下步骤：

（4）将CsPbI₃前驱体溶液在常温基底上进行刮涂，得到淡黄色均匀的CsPbI₃钙钛矿薄膜，刮涂速率为1.5m/min；待刮涂完成后，将所得薄膜置于120℃进行预退火，随后进行190℃二次退火，得到黑色均匀的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

（5）将异丁基碘化胺溶于异丙醇，形成浓度为2mg/mL的钝化液，随后将该钝化液在未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面上进行刮涂，刮涂速率为1.5m/min，刮涂完成后，在100℃热台上退火10min形成异丁基碘化胺钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

（6）将90mg Spiro-OMeTAD、39μL 4-叔基吡啶、23μL Li-TFSI溶液（Li-TFSI浓度为520mg/mL，溶剂为乙腈）和10μL FK209溶液（FK209浓度为375mg/mL，溶剂为乙腈）溶解在1mL氯苯中，得到Spiro-OMeTAD溶液，将Spiro-OMeTAD溶液以1.5m/min的速率刮涂至钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火得到空穴传输层。

（7）通过热压法在空穴传输层表面制备碳电极，，从而得到碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，其电流密度-电压曲线参见图6。

从图6可以看出，实施例1中的碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为14.41%，与对比例1中的12.96%相比有明显提升，说明引入异丁基碘化胺后，能够改善CsPbI₃钙钛矿薄膜质量，使CsPbI₃钙钛矿薄膜的晶粒尺寸增大，缺陷态密度降低，载流子迁移率明显上升，从而提高CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

对比例2

本对比例2中的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜基于蒸镀法制备，且未引入任何异丁基碘化胺及其衍生物，其制备方法包括以下步骤：

（3）取碘化铅和碘化铯，将碘化铅和碘化铯分别置于真空蒸镀机腔体内的坩埚中，以及将形成有电子传输层的导电衬底转移至真空蒸镀机腔体内；将腔体抽真空，当真空腔压力达到10^-3Pa时，碘化铅和碘化铯共蒸发形成CsPbI₃钙钛矿活性层。在蒸发过程中，碘化铅和碘化铯坩埚源首先缓慢预热，直到坩埚温度分别达到理想温度时开始蒸发，以0.05Å/s~1Å/s的蒸镀速率沉积在电子传输层表面，经100℃退火处理后形成钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜。

（4）将90mg Spiro-OMeTAD、39μL 4-叔基吡啶、23μL Li-TFSI溶液（Li-TFSI浓度为520mg/mL，溶剂为乙腈）和10μL FK209溶液（FK209浓度为375mg/mL，溶剂为乙腈）溶解在1mL氯苯中，得到Spiro-OMeTAD溶液，将Spiro-OMeTAD溶液以1.5m/min的速率刮涂至钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火得到空穴传输层。

（5）通过热压法在空穴传输层表面制备碳电极，从而得到碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，其电流密度-电压曲线参见图7。

从图7可以看出，对比例2中的碳基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为13.67%。

实施例2

本实施例2中的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜基于蒸镀法制备，且引入异丁基碘化胺作为钝化剂，其制备方法包括以下步骤：

（3）取碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺，将碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺分别置于真空蒸镀机腔体内的坩埚中，以及将形成有电子传输层的导电衬底转移至真空蒸镀机腔体内；将腔体抽真空，当真空腔压力达到10^-3Pa时，碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺共蒸发形成CsPbI₃钙钛矿活性层。在蒸发过程中，碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺坩埚源首先缓慢预热，直到坩埚温度分别达到理想温度时开始蒸发，以0.05Å/s~1Å/s的蒸镀速率沉积在电子传输层表面，经100℃退火处理后形成钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

（5）通过热压法在空穴传输层表面制备碳电极，从而得到碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，其电流密度-电压曲线参见图8。

从图8可以看出，实施例2中的碳基CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为15.58%，与对比例2中的13.67%相比有明显提升，说明引入异丁基碘化胺后，能够改善CsPbI₃钙钛矿薄膜质量，使CsPbI₃钙钛矿薄膜的晶粒尺寸增大、缺陷态密度降低，载流子迁移率明显上升，从而提高CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

如上，本公开实施例中的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池结构中，一方面通过引入异丁基碘化胺及其衍生物对CsPbI₃钙钛矿表面进行了钝化，从而减少其表面缺陷，抑制载流子复合，使得CsPbI₃钙钛矿太阳能电池性能得到改善；另一方面，采用刮涂法和蒸镀法制备得到表面致密平整，晶粒大小均一的CsPbI₃钙钛矿层薄膜，采用水热法制备得到均匀致密的电子传输层薄膜，以及采用刮涂法制备得到均匀致密的空穴传输层薄膜，因此，在大面积、优良光电性能和稳定性的CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方面具有良好的应用前景。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。

Claims

1.一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

在导电衬底上制备电子传输层；

在所述电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；

在所述钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备空穴传输层；

在所述空穴传输层表面制备电极，得到CsPbI₃钙钛矿太阳能电池。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在导电衬底上制备电子传输层，包括：

配制第一前驱体溶液；

将所述第一前驱体溶液倒入容器中；

将所述导电衬底倾斜浸入所述第一前驱体溶液中；

将所述容器置于鼓风干燥箱中进行水热反应；

反应结束后取出所述导电衬底，对所述导电衬底进行清洗和退火后，得到表面形成有所述电子传输层的导电衬底。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将所述容器置于鼓风干燥箱中进行水热反应，包括：

向所述第一前驱体溶液中加入氟化铵后，将所述容器置于鼓风干燥箱中进行水热反应。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜，包括：

配制第二前驱体溶液，将所述第二前驱体溶液刮涂至所述电子传输层表面，退火处理后形成未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；

配制含有异丁基碘化胺及其衍生物的钝化液，将所述钝化液刮涂至所述未钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜表面，退火处理后形成异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述配制第二前驱体溶液，包括；

取碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐，将所述碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐溶解于有机溶剂形成第二前驱体溶液。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碘化铅、碘化铯和二甲基氢碘酸盐的摩尔比为1:1:0.5~1:1:1.5。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述配制含有异丁基碘化胺及其衍生物的钝化液，包括：

取异丁基碘化胺及其衍生物，将所述异丁基碘化胺及其衍生物溶解于有机溶剂形成钝化液，所述钝化液中异丁基碘化胺及其衍生物的浓度为0.5mg/mL~10mg/mL。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述电子传输层表面制备异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜，包括：

取碘化铅、碘化铯和异丁基碘化胺及其衍生物，将所述碘化铅、所述碘化铯和所述异丁基碘化胺及其衍生物分别置于真空蒸镀机腔体内的坩埚中；

将形成有电子传输层的导电衬底转移至所述真空蒸镀机腔体内；

将所述腔体抽真空后，对所述坩埚进行加热，使所述碘化铅、所述碘化铯和所述异丁基碘化胺及其衍生物共蒸发沉积在所述电子传输层表面，退火后形成异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述异丁基碘化胺及其衍生物包括以下化合物的一种或者多种：壬基碘化胺、苯乙基碘化胺、苯甲基碘化胺、叔丁基碘化胺、异丁基碘化胺、苯丙基碘化胺、苯丙胺碘、对氟苯胺碘、对溴苯胺碘和对氯苯胺碘。

10.一种CsPbI₃钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：

导电衬底；

在所述导电衬底上沉积的电子传输层；

在所述电子传输层表面制备的异丁基碘化胺及其衍生物钝化的CsPbI₃钙钛矿薄膜；

在所述钝化CsPbI₃钙钛矿薄膜表面制备的空穴传输层；

在所述空穴传输层表面制备的电极。