CN115988886A - 一种2d-3d高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种2D‑3D高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池包括基底、电子传输层、3D钙钛矿层、2D钙钛矿修饰层、空穴传输层和顶电极层；所述2D钙钛矿修饰层为4‑三氟甲基苯乙胺碘在3D钙钛矿层上旋涂制得。本发明所述的2D‑3D高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在3D钙钛矿层上旋涂4‑三氟甲基苯乙胺碘制得2D钙钛矿修饰层，制得的2D钙钛矿修饰层对3D钙钛矿层具有良好的钝化效果以及疏水性，可以起到界面钝化的作用、减少界面处的缺陷的作用，同时增强太阳能电池器件的稳定性能。

Description

一种2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明属于电池技术领域，具体涉及到一种2D-3D高稳定性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，B离子位于立方晶胞的中心，被6个X离子包围成配位立方八面体，配位数为6;A离子位于立方晶胞的角顶，被12个X离子包围成配位八面体，配位数为12，其中，A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆积。钙钛矿太阳电池中，A离子通常指的是有机阳离子，B离子指的是金属阳离子，X离子为卤族阴离子。

钙钛矿太阳能电池由于其价格便宜，制造工艺简单，光电转换效率高和带宽可调利于做叠层太阳能电池上电池等优点，近年来受到了很大的关注，其工作原理为：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，最后被基底收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被电极收集。通过连接基底和电极的电路产生光电流

利用有机太阳能电池轻柔、可制成建筑一体化的设备是有机太阳能电池一个重要的优势，这就要求高效的半透明的大面积有机太阳能电池的制备，然而，实验室获得的半透明有机太阳能电池面积非常小，而大面积半透明的有机太阳能电池的效率更低。

传统的钙钛矿太阳能电池一般使用3D有机无机杂化钙钛矿材料作为活性层。但其仍然存在一些非辐射复合，且稳定性依然是一个存在的问题，因此需要一些钝化层或者修饰处理以减少缺陷态密度或保护活性层。

中国专利申请号为202210327121 .1公开了组分优化的锡基钙钛矿太阳能电池制备方法及电池，锡基钙钛矿电池的结构依次为氧化铟锡(ITO)导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和银电极层；电子传输层的材料为PC61BM，通过将苯乙胺卤化盐、4-三氟甲基苯乙胺卤化盐及4-氟苯乙胺卤化盐作为组分掺杂剂引入钙钛矿本征吸光层以来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。

本发明的目的研发出一种2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在3D钙钛矿层上旋涂4-三氟甲基苯乙胺碘制得2D钙钛矿修饰层，制备方法更简单，制得的2D钙钛矿修饰层对3D钙钛矿层具有良好的钝化效果以及疏水性，制得了光电转换效率更高、稳定性更好的钙钛矿太阳能电池。

发明内容

发明目的：为了克服以上不足，本发明的目的是提供一种2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在3D钙钛矿层上旋涂4-三氟甲基苯乙胺碘制得2D钙钛矿修饰层，制得的2D钙钛矿修饰层对3D钙钛矿层具有良好的钝化效果以及疏水性，可以起到界面钝化的作用、减少界面处的缺陷的作用，同时增强太阳能电池器件的稳定性能，应用前景广泛。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括基底、电子传输层、3D钙钛矿层、2D钙钛矿修饰层、空穴传输层和顶电极层；所述3D钙钛矿层的A位离子为FA、MA、Cs中的任意一种或者多种组合，B位离子为Pb、Sn、Ge中的任意一种或者多种组合，X位离子为 I、Br、Cl中的任意一种或者多种组合；所述2D钙钛矿修饰层为4-三氟甲基苯乙胺碘在3D钙钛矿层上旋涂制得。

本发明所述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，在3D钙钛矿层上旋涂4-三氟甲基苯乙胺碘制得2D钙钛矿修饰层，制得的2D钙钛矿修饰层对3D钙钛矿层具有良好的钝化效果以及疏水性，可以起到界面钝化的作用、减少界面处的缺陷的作用，同时增强太阳能电池器件的稳定性能。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述基底、电子传输层、3D钙钛矿层、2D钙钛矿修饰层、空穴传输层和电极从下至上依次层叠设置。

上述设计为正置器件结构。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述基底为ITO或者FTO基底，其厚度为0.3-2mm。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述电子传输层为任一n型电子传输层，其厚度为20-40nm。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述3D钙钛矿层还包含双钙钛矿材料；所述3D钙钛矿层的厚度为200-1000nm。

优选的，所述双钙钛矿材料为Cs2AgBiBr6、 Cs2AgInBr6中的任意一种或者多种组合。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述2D钙钛矿修饰层的厚度为2-40nm。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，所述顶电极层为金属电极或有机材料电极，其厚度为80-120nm。

优选的，所述顶电极层为长方形金属电极。

本发明还涉及所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备2D钙钛矿修饰层包括如下步骤：取4-三氟甲基苯乙胺碘溶于异丙醇溶液中，每1mL异丙醇溶液溶解2-4 mg 4-三氟甲基苯乙胺碘，制得修饰层溶液；将上述修饰层溶液在转速为4000-6000rpm、加速度为4000-6000rpm的条件下旋涂在3D钙钛矿层上，旋涂时间为10-60s，制得2D钙钛矿修饰层。

在3D钙钛矿层上制备2D钙钛矿修饰层的操作非常简单，旋涂过程中，使用异丙醇作为4-三氟甲基苯乙胺碘的溶剂，异丙醇对3D钙钛矿层表面有轻微的腐蚀作用，有利于4-三氟甲基苯乙胺碘进入3D钙钛矿层体表面的晶界以及内部，从而起到良好的钝化效果以及疏水效果。

此外，旋涂后可以进行退火处理，即60-90℃退火5-15min。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）清洗基底：采用去离子水将基底超声5-20min，然后分别采用丙酮和无水乙醇将基底超声5-20min，最后再采用去离子水将基底超声5-20min后用洁净氮气吹干表面，然后在100-150℃保温5-20min后采用UV照射5-20min；

（2）制备电子传输层：采用水溶液法将氧化锡溶液制备成电子传输层；配置1-5%wt的氧化锡水溶液，通过注射器滴加在基底上，以2000-5000rpm的速度在空气中旋涂10-60s；旋涂完毕后，置于120-180℃的加热板上退火20-50min，制得电子传输层；

（3）制备3D钙钛矿层：配置钙钛矿前驱体溶液, 通过注射器滴加在电子传输层上，以1000-3000rpm的速度在空气中旋涂5-30s，然后以3000-6000rpm的速度在空气中旋涂10-40s，其中，在旋涂的第15-20s时，滴加甲苯溶液；旋涂完毕后，置于120-180℃的加热板上退火5-20min，制得3D钙钛矿层；

（4）制备2D钙钛矿修饰层：将2-4 mg/ml的4-三氟甲基苯乙胺碘异丙醇溶液滴加在退火后的3D钙钛矿层上，在转速为4000-6000rpm、加速度为4000-6000rpm的条件下旋涂在3D钙钛矿层上，旋涂时间为10-60s，制得2D钙钛矿修饰层；

（5）制备空穴传输层：配置Spiro-OMeTAD溶液，通过注射器滴加在2D钙钛矿修饰层上，并且在转速为2000-5000rpm、加速度2000-5000rpm的条件下旋涂10-60s，然后在控制湿度为25-30%的干燥柜中氧化3-5h，制得空穴传输层；

（6）制备顶电极层：经过空气氧化后，采用真空热蒸发的方法在空穴传输层表面蒸镀顶电极层，其中顶电极层的蒸镀速率在0.5-1 nm/s。

进一步的，上述的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述配置钙钛矿前驱体溶液，具体包括如下内容：分别采用1-3mol/L的FAI和PbI2混合融入DMSO和DMF溶液中，按照摩尔比为1-3:1-3的比例混合，然后在40-80℃和500-1000rpm的条件下搅拌0.5-2h，得到钙钛矿前驱体溶液。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

（1）本发明公开的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，在3D钙钛矿层上旋涂4-三氟甲基苯乙胺碘制得2D钙钛矿修饰层，制得的2D钙钛矿修饰层对3D钙钛矿层具有良好的钝化效果以及疏水性，可以起到界面钝化的作用、减少界面处的缺陷的作用，同时增强太阳能电池器件的稳定性能；

（2）本发明公开的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备方法简单，步骤设置合理，在3D钙钛矿层上制备2D钙钛矿修饰层的操作非常简单，旋涂过程中，使用异丙醇作为4-三氟甲基苯乙胺碘的溶剂，异丙醇对3D钙钛矿层表面有轻微的腐蚀作用，使4-三氟甲基苯乙胺碘进入3D钙钛矿层体表面的晶界以及内部，能起到良好的钝化效果以及疏水效果；通过对清洗基底、制备电子传输层、制备3D钙钛矿层、制备2D钙钛矿修饰层、制备空穴传输层、制备顶电极层各步骤工艺的优化，制得了光电转换效率更高、空气稳定性更好的钙钛矿太阳能电池，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的结构示意图；

图2为本发明所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的对比例1、对比例2、对比例3、实施例1的器件效率图；

图3为本发明所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的的对比例1、对比例2、对比例3、实施例1的空气稳定性图；

图中：基底1、电子传输层2、3D钙钛矿层3、2D钙钛矿修饰层4、空穴传输层5、顶电极层6。

具体实施方式

下面将附图1-3、对比例1、对比例2、对比例3、实施例1结合具体实验数据，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的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它实施例，都属于本发明的保护范围。

如附图1所示，所述钙钛矿太阳能电池包括基底1、电子传输层2、3D钙钛矿层3、2D钙钛矿修饰层4、空穴传输层5和顶电极层6。

进一步的，所述基底1为ITO或者FTO基底，其厚度为0.3-2mm。

进一步的，所述电子传输层2为任一n型电子传输层，其厚度为20-40nm。

进一步的，所述3D钙钛矿层3的A位离子为FA、MA、Cs中的任意一种或者多种组合，B位离子为Pb、Sn、Ge中的任意一种或者多种组合，X位离子为 I、Br、Cl中的任意一种或者多种组合。所述3D钙钛矿层3的厚度为200-1000nm。

进一步的，所述3D钙钛矿层3还包含双钙钛矿材料。

进一步的，所述2D钙钛矿修饰层4为4-三氟甲基苯乙胺碘在3D钙钛矿层3上旋涂制得。所述2D钙钛矿修饰层4的厚度为2-40nm。

进一步的，所述顶电极层6为金属电极或有机材料电极，其厚度为80-120nm。

以下对比例1-3、实施例1提供了2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法。

对比例1

所述对比例1，所述钙钛矿太阳能电池包括基底1、电子传输层2、3D钙钛矿层3、空穴传输层5和顶电极层6。其中，基底1的材质为ITO；电子传输层2的厚度为30nm； 3D钙钛矿层3的材质为FAPbI3, 其厚度为460nm；顶电极层6为金属电极，形状为长方形，其厚度为100nm。

制备方法具体包括如下步骤：

步骤一、清洗基底1

提供ITO作为基底1，对ITO进行清洗，首先采用去离子水超声10min，然后分别在丙酮和无水乙醇中超声10min以去除杂质及附着的有机物，最后在去离子水中超声10min后用洁净氮气吹干表面，并且在120°C保温10min后，采用UV照射10min。

步骤二、制备电子传输层2

采用水溶液法将氧化锡溶液制备成电子传输层2，具体的：将3%wt的氧化锡水溶液，通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在ITO上，以3000rpm的速度在空气中旋涂30s；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火0.5h，制得电子传输层2。

步骤三、制备3D钙钛矿层3

分别用1.5mol/L的FAI和PbI2混合融入DMSO和DMF溶液中（体积比1:4），按照摩尔比为1:1的比例混合，然后在60℃和600rpm条件下搅拌1h，得到钙钛矿前驱体溶液；通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在电子传输层2上，以2000rpm的速度在空气中旋涂10s，然后以5000rpm的速度在空气中旋涂20s，其中，在旋涂的第18s时，滴加0.3ml甲苯溶液；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火10min，制得3D钙钛矿层3。

步骤四、制备空穴传输层5

空穴传输层5的Spiro-OMeTAD溶液是将Spiro-OMeTAD（72.3 mg）溶解在1 mL氯苯中，然后加入17.5 μL 的Li-TFSI溶液（520 mg/mL的乙腈溶液）和29 μL叔丁基吡啶（t-BP），避光常温搅拌3 h，使用前，先采用孔径为0.45 μm 的PTFE滤头进行过滤。然后，取用30 μL的Spiro-OMeTAD溶液滴加在旋涂OAI后的3D钙钛矿层3上，并且在转速为3000 rpm、加速度3000 rpm的条件下旋涂30 s。然后，在控制湿度为30%的干燥柜中氧化3-5 h，制得空穴传输层5。

步骤五、制备顶电极层6

顶电极层6采用金属Ag电极，将上述器件经过空气氧化后，使用真空热蒸发的方法在空穴传输层5表面蒸镀100 nm厚度的Ag电极，其中Ag电极的蒸镀速率在0.5-1 nm/s。

对比例2

所述对比例2，所述钙钛矿太阳能电池包括基底1、电子传输层2、3D钙钛矿层3、空穴传输层5和顶电极层6。其中，基底1的材质为ITO；电子传输层2的厚度为30nm； 3D钙钛矿层3的材质为FAPbI3(苯乙胺碘(PEAI)掺杂), 其厚度为460nm；顶电极层6为金属电极，形状为长方形，其厚度为100nm。

制备方法具体包括如下步骤：

步骤一、清洗基底1

提供ITO作为基底1，对ITO进行清洗，首先采用去离子水超声10min，然后分别在丙酮和无水乙醇中超声10min以去除杂质及附着的有机物，最后在去离子水中超声10min后用洁净氮气吹干表面，并且在120°C保温10min后，采用UV照射10min。

步骤二、制备电子传输层2

采用水溶液法将氧化锡溶液制备成电子传输层2，具体的：将3%wt的氧化锡水溶液，通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在ITO上，以3000rpm的速度在空气中旋涂30s；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火0.5h，制得电子传输层2。

步骤三、制备3D钙钛矿层3

分别用1.5mol/L的FAI、PbI2和0.15mol/L的PEAI粉末混合融入DMSO和DMF溶液中（体积比1:4），按照摩尔比为1:1的比例混合，然后在60℃和600rpm条件下搅拌1h，得到钙钛矿前驱体溶液；通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在电子传输层2上，以2000rpm的速度在空气中旋涂10s，然后以5000rpm的速度在空气中旋涂20s，其中，在旋涂的第18s时，滴加0.3ml甲苯溶液；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火10min，制得3D钙钛矿层3。

步骤四、制备空穴传输层5

空穴传输层5的Spiro-OMeTAD溶液是将Spiro-OMeTAD（72.3 mg）溶解在1 mL氯苯中，然后加入17.5 μL 的Li-TFSI溶液（520 mg/mL的乙腈溶液）和29 μL叔丁基吡啶（t-BP），避光常温搅拌3 h，使用前，先采用孔径为0.45 μm 的PTFE滤头进行过滤。然后，取用30 μL的Spiro-OMeTAD溶液滴加在旋涂OAI后的3D钙钛矿层3上，并且在转速为3000 rpm、加速度3000 rpm的条件下旋涂30 s。然后，在控制湿度为30%的干燥柜中氧化3-5 h，制得空穴传输层5。

步骤五、制备顶电极层6

顶电极层6采用金属Ag电极，将上述器件经过空气氧化后，使用真空热蒸发的方法在空穴传输层5表面蒸镀100 nm厚度的Ag电极，其中Ag电极的蒸镀速率在0.5-1 nm/s。

对比例3

所述对比例3，所述钙钛矿太阳能电池包括基底1、电子传输层2、3D钙钛矿层3、2D钙钛矿修饰层4、空穴传输层5和顶电极层6。其中，基底1的材质为ITO；电子传输层2的厚度为30nm； 3D钙钛矿层3的材质为FAPbI3, 其厚度为460nm；2D钙钛矿修饰层4为苯乙胺碘(PEAI)2D钝化层，其厚度为5nm；顶电极层6为金属电极，形状为长方形，其厚度为100nm。

制备方法具体包括如下步骤：

步骤一、清洗基底1

提供ITO作为基底1，对ITO进行清洗，首先采用去离子水超声10min，然后分别在丙酮和无水乙醇中超声10min以去除杂质及附着的有机物，最后在去离子水中超声10min后用洁净氮气吹干表面，并且在120°C保温10min后，采用UV照射10min。

步骤二、制备电子传输层2

采用水溶液法将氧化锡溶液制备成电子传输层2，具体的：将3%wt的氧化锡水溶液，通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在ITO上，以3000rpm的速度在空气中旋涂30s；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火0.5h，制得电子传输层2。

步骤三、制备3D钙钛矿层3

分别用1.5mol/L的FAI、PbI2混合融入DMSO和DMF溶液中（体积比1:4），按照摩尔比为1:1的比例混合，然后在60℃和600rpm条件下搅拌1h，得到钙钛矿前驱体溶液；通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在电子传输层2上，以2000rpm的速度在空气中旋涂10s，然后以5000rpm的速度在空气中旋涂20s，其中，在旋涂的第18s时，滴加0.3ml甲苯溶液；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火10min，制得3D钙钛矿层3。

步骤四、制备2D钙钛矿修饰层4

取PEAI溶于异丙醇溶液中，每1mL异丙醇溶液溶解2 mg PEAI，制得修饰层溶液；将上述修饰层溶液在转速为5000rpm、加速度为5000rpm的条件下旋涂在3D钙钛矿层3上，旋涂时间为30s，制得2D钙钛矿修饰层4。

步骤五、制备空穴传输层5

空穴传输层5的Spiro-OMeTAD溶液是将Spiro-OMeTAD（72.3 mg）溶解在1 mL氯苯中，然后加入17.5 μL 的Li-TFSI溶液（520 mg/mL的乙腈溶液）和29 μL叔丁基吡啶（t-BP），避光常温搅拌3 h，使用前，先采用孔径为0.45 μm 的PTFE滤头进行过滤。然后，取用30 μL的Spiro-OMeTAD溶液滴加在旋涂OAI后的3D钙钛矿层3上，并且在转速为3000 rpm、加速度3000 rpm的条件下旋涂30 s。然后，在控制湿度为30%的干燥柜中氧化3-5 h，制得空穴传输层5。

步骤六、制备顶电极层6

顶电极层6采用金属Ag电极，将上述器件经过空气氧化后，使用真空热蒸发的方法在空穴传输层5表面蒸镀100 nm厚度的Ag电极，其中Ag电极的蒸镀速率在0.5-1 nm/s。

实施例1

所述实施例1，所述钙钛矿太阳能电池包括基底1、电子传输层2、3D钙钛矿层3、2D钙钛矿修饰层4、空穴传输层5和顶电极层6。其中，基底1的材质为ITO；电子传输层2的厚度为30nm； 3D钙钛矿层3的材质为FAPbI3, 其厚度为460nm；2D钙钛矿修饰层4为4-三氟甲基苯乙胺碘2D钝化层钝化层，其厚度为5nm；顶电极层6为金属电极，形状为长方形，其厚度为100nm。

制备方法具体包括如下步骤：

步骤一、清洗基底1

提供ITO作为基底1，对ITO进行清洗，首先采用去离子水超声10min，然后分别在丙酮和无水乙醇中超声10min以去除杂质及附着的有机物，最后在去离子水中超声10min后用洁净氮气吹干表面，并且在120°C保温10min后，采用UV照射10min。

步骤二、制备电子传输层2

采用水溶液法将氧化锡溶液制备成电子传输层2，具体的：将3%wt的氧化锡水溶液，通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在ITO上，以3000rpm的速度在空气中旋涂30s；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火0.5h，制得电子传输层2。

步骤三、制备3D钙钛矿层3

分别用1.5mol/L的FAI、PbI2混合融入DMSO和DMF溶液中（体积比1:4），按照摩尔比为1:1的比例混合，然后在60℃和600rpm条件下搅拌1h，得到钙钛矿前驱体溶液；通过0.45μm孔径滤嘴的注射器滴加在电子传输层2上，以2000rpm的速度在空气中旋涂10s，然后以5000rpm的速度在空气中旋涂20s，其中，在旋涂的第18s时，滴加0.3ml甲苯溶液；旋涂完毕后，置于150℃的加热板上退火10min，制得3D钙钛矿层3。

步骤四、制备2D钙钛矿修饰层4

取4-三氟甲基苯乙胺碘溶于异丙醇溶液中，每1mL异丙醇溶液溶解2 mg 4-三氟甲基苯乙胺碘，制得修饰层溶液；将上述修饰层溶液在转速为5000rpm、加速度为5000rpm的条件下旋涂在3D钙钛矿层3上，旋涂时间为30s，制得2D钙钛矿修饰层4。

步骤五、制备空穴传输层5

空穴传输层5的Spiro-OMeTAD溶液是将Spiro-OMeTAD（72.3 mg）溶解在1 mL氯苯中，然后加入17.5 μL 的Li-TFSI溶液（520 mg/mL的乙腈溶液）和29 μL叔丁基吡啶（t-BP），避光常温搅拌3 h，使用前，先采用孔径为0.45 μm 的PTFE滤头进行过滤。然后，取用30 μL的Spiro-OMeTAD溶液滴加在旋涂OAI后的3D钙钛矿层3上，并且在转速为3000 rpm、加速度3000 rpm的条件下旋涂30 s。然后，在控制湿度为30%的干燥柜中氧化3-5 h，制得空穴传输层5。

步骤六、制备顶电极层6

顶电极层6采用金属Ag电极，将上述器件经过空气氧化后，使用真空热蒸发的方法在空穴传输层5表面蒸镀100 nm厚度的Ag电极，其中Ag电极的蒸镀速率在0.5-1 nm/s。

效果验证：

按照下述测试方法对由上述对比例1-3与实施例1的2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池进行光电转换效率、空气稳定性性能试验，测试结果见附图2-3、表1。

表1光电转换效率、空气稳定性性能试验数据

	光电转换效率/%	<![CDATA[空气稳定性T<sub>80</sub>时间/h]]>
			对比例1	22.26	302
对比例2	22.83	360
			对比例3	23.52	624
实施例1	23.89	1080

根据附图2、3、表1的试验数据可得：对比例1所述钙钛矿太阳能电池不包括2D钙钛矿修饰层4，其光电转换效率、空气稳定性最差，分别为22.26%、302 h；对比例2所述钙钛矿太阳能电池，将PEAI作为组分掺杂剂引入3D钙钛矿层中，对光电转换效率、空气稳定性具有一定的提高，分别为22.83%、360 h；对比例3所述钙钛矿太阳能电池，在3D钙钛矿层3上旋涂PEAI制得2D钙钛矿修饰层4，对光电转换效率具有一定的提高、空气稳定性具有显著的提高，分别为23.52%、624 h；实施例1所述钙钛矿太阳能电池，在3D钙钛矿层上旋涂4-三氟甲基苯乙胺碘制得2D钙钛矿修饰层4，对光电转换效率具有一定的提高、空气稳定性具有显著的提高，分别为23.89%、1080h。

由上可得，采用4-三氟甲基苯乙胺碘在FAPbI3的3D钙钛矿层3制得2D钙钛矿修饰层4，具有最好的光电转换效率、空气稳定性，说明上述2D钙钛矿修饰层4对3D钙钛矿层3具有良好的钝化效果以及疏水性，可以起到界面钝化的作用、减少界面处的缺陷的作用，同时增强太阳能电池器件的稳定性能。

本发明具体用途途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。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，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括基底（1）、电子传输层（2）、3D钙钛矿层（3）、2D钙钛矿修饰层（4）、空穴传输层（5）和顶电极层（6）；所述3D钙钛矿层（3）的A位离子为FA、MA、Cs中的任意一种或者多种组合，B位离子为Pb、Sn、Ge中的任意一种或者多种组合，X位离子为 I、Br、Cl中的任意一种或者多种组合；所述2D钙钛矿修饰层（4）为4-三氟甲基苯乙胺碘在3D钙钛矿层（3）上旋涂制得。

2.根据权利要求1所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底（1）、电子传输层（2）、3D钙钛矿层（3）、2D钙钛矿修饰层（4）、空穴传输层（5）和顶电极层（6）从下至上依次层叠设置。

3.根据权利要求1所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述基底（1）为ITO或者FTO基底，其厚度为0.3-2mm。

4.根据权利要求1所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层（2）为任一n型电子传输层，其厚度为20-40nm。

5.根据权利要求1所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述3D钙钛矿层（3）还包括双钙钛矿材料；所述3D钙钛矿层（3）的厚度为200-1000nm。

6.根据权利要求1所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述2D钙钛矿修饰层（4）的厚度为2-40nm。

7.根据权利要求1所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述顶电极层（6）为金属电极或有机材料电极，其厚度为80-120nm。

8.根据权利要求1-7任一项所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备2D钙钛矿修饰层（4）包括如下步骤：取4-三氟甲基苯乙胺碘溶于异丙醇溶液中，每1mL异丙醇溶液溶解2-4 mg 4-三氟甲基苯乙胺碘，制得修饰层溶液；将上述修饰层溶液在转速为4000-6000rpm、加速度为4000-6000rpm的条件下旋涂在3D钙钛矿层（3）上，旋涂时间为10-60s，制得2D钙钛矿修饰层（4）。

9.根据权利要求1-7任一项所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：

（1）清洗基底：采用去离子水将基底（1）超声5-20min，然后分别采用丙酮和无水乙醇将基底（1）超声5-20min，最后再采用去离子水将基底（1）超声5-20min后用洁净氮气吹干表面，然后在100-150℃保温5-20min后采用UV照射5-20min；

（2）制备电子传输层：采用水溶液法将氧化锡溶液制备成电子传输层（2）；配置1-5%wt的氧化锡水溶液，通过注射器滴加在基底（1）上，以2000-5000rpm的速度在空气中旋涂10-60s ；旋涂完毕后，置于120-180℃的加热板上退火20-50min，制得电子传输层（2）；

（3）制备3D钙钛矿层：配置钙钛矿前驱体溶液, 通过注射器滴加在电子传输层（2）上，以1000-3000rpm的速度在空气中旋涂5-30s，然后以3000-6000rpm的速度在空气中旋涂10-40s，其中，在旋涂的第15-20s时，滴加甲苯溶液；旋涂完毕后，置于120-180℃的加热板上退火5-20min，制得3D钙钛矿层（3）；

（4）制备2D钙钛矿修饰层：将2-4 mg/ml的4-三氟甲基苯乙胺碘异丙醇溶液滴加在退火后的3D钙钛矿层（3）上，在转速为4000-6000rpm、加速度为4000-6000rpm的条件下旋涂在3D钙钛矿层（3）上，旋涂时间为10-60s，制得2D钙钛矿修饰层（4）；

（5）制备空穴传输层：配置Spiro-OMeTAD溶液，通过注射器滴加在2D钙钛矿修饰层（4）上，并且在转速为2000-5000rpm、加速度2000-5000rpm的条件下旋涂10-60s，然后在控制湿度为25-30%的干燥柜中氧化3-5h，制得空穴传输层（5）；

（6）制备顶电极层：经过空气氧化后，采用真空热蒸发的方法在空穴传输层（5）表面蒸镀顶电极层（6），其中顶电极层（6）的蒸镀速率在0.5-1 nm/s。

10.根据权利要求9所述2D-3D高稳定性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，其特征在于，所述配置钙钛矿前驱体溶液，具体包括如下内容：分别采用1-3mol/L的FAI和PbI2混合融入DMSO和DMF溶液中，按照摩尔比为1-3:1-3的比例混合，然后在40-80℃和500-1000rpm的条件下搅拌0.5-2h，得到钙钛矿前驱体溶液。

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