CN116096105A - 一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，包括正式电池和反式电池两种电池结构，所述正式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、电子传输层、电子传输界面钝化层、钙钛矿层、空穴传输界面钝化层、空穴传输层、电极；所述反式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、空穴传输层、空穴传输界面钝化层、钙钛矿层、电子传输界面钝化层、电子传输层、电极；空穴传输界面钝化层为溶液法涂布的苯甲酸基钾盐化合物，该空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法通过离子协同钝化钙钛矿‑空穴传输层界面，有效减少界面电荷复合损失，提升电池的效率和稳定性，具有良好的应用前景，有利于加快钙钛矿太阳能电池的产业化。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体为一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池技术成为解决人类能源危机最具潜力的科技之一。近年来钙钛矿太阳能电池的转换效率进步大，而且比传统的硅电池更便宜、更易生产。钙钛矿太阳能电池按照光传播与电荷传输方向可以从结构上分为“正式”结构和“反式”结构，其基本构成主要包括：透明电极、电子传输层、由钙钛矿材料组成的光吸收层、空穴传输层、电极。钙钛矿光吸收层中产生电子载流子和空穴载流子，分别被传输到电子传输层和空穴传输层，以及电极层。在钙钛矿光吸收层和电子传输层的界面上存在晶格缺陷，导致电子和空穴的复合损失。
目前，已有一些钙钛矿太阳能电池试图解决界面复合损失和稳定性问题，如在界面处添加有机分子或离子、聚合物、功能化石墨烯等。但是这些技术仍具有明显的局限性，仍然需要发展新型的低成本技术来提升效率和稳定性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题，本发明有效减少界面电荷复合损失，提升电池的效率和稳定性，具有良好的应用前景。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，包括正式电池和反式电池两种电池结构，所述正式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、电子传输层、电子传输界面钝化层、钙钛矿层、空穴传输界面钝化层、空穴传输层、电极；所述反式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、空穴传输层、空穴传输界面钝化层、钙钛矿层、电子传输界面钝化层、电子传输层、电极；所述空穴传输界面钝化层为溶液法涂布的苯甲酸基钾盐化合物。
进一步的，所述空穴传输界面钝化层的制备过程中，苯甲酸基钾盐化合物为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾中的至少一种，包括这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜，所述空穴传输界面钝化层厚度为0.1-10nm。
进一步的，所述空穴传输界面钝化层的制备过程中，配置苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾中的至少一种化合物的溶液，包括这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合后溶解，溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制。
进一步的，所述透明电极为ITO、FTO中的至少一种，厚度100-1000nm；所述电子传输层为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，厚度1-100nm。
进一步的，所述钙钛矿层为铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种，厚度50-5000nm。
进一步的，所述电子传输界面钝化层为氨基分子化合物中的至少一种，厚度0.1-10nm；所述空穴传输层为氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，厚度1-100nm；所述电极为金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO中的至少一种，厚度10-1000nm。
一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池制备方法，该制备方法用于制备如上述的正式电池和反式电池两种电池结构，所述正式电池结构的制备方法包括以下步骤：
步骤一，用去离子水或者纯水清洗透明电极的表面，然后采用加热的方式将其表面进行干燥处理；
步骤二，利用紫外臭氧或者等离子处理透明电极表面，时间1-30分钟；
步骤三，在电极表面制备电子传输层，所用材料为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm。
步骤四，在电子传输层表面制备电子传输界面钝化层，所用材料为氨基分子化合物的至少一种，或者这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜，溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，其厚度为0.1-10nm。
步骤五，在电子传输界面钝化层表面制备钙钛矿薄膜，所用材料包括铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种。上述钙钛矿薄膜经过退火处理，退火温度为50-150℃，退火时间为0.1-1h；钙钛矿薄膜厚度为50-5000nm；
步骤六，在钙钛矿层表面制备空穴传输界面钝化层，所用材料为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾化合物中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度0.1-10nm。
步骤七；在透明电极表面沉积空穴传输层，所用材料包括氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，方法包括磁控溅射、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm；
步骤八，在空穴传输层表面上制备电极，所用材料包括金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO等，方法包括真空蒸镀、磁控溅射等，电极厚度为10-1000nm。
进一步的，在电子传输层表面制备电子传输界面钝化层过程中，主要通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制备；在电子传输界面钝化层表面制备钙钛矿薄膜过程中，方法包括狭缝涂布、真空蒸镀。
进一步的，所述反式电池结构的制备方法包括以下步骤：
步骤一，用去离子水或者纯水清洗透明电极的表面，然后采用加热的方式将其表面进行干燥处理；
步骤二，利用紫外臭氧或者等离子处理透明电极表面，时间1-30分钟；
步骤三；在透明电极表面沉积空穴传输层，所用材料包括氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，方法包括磁控溅射、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm；
步骤四，在空穴传输层表面制备空穴传输界面钝化层，所用材料为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾化合物中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度0.1-10nm。
步骤五，在空穴传输界面钝化层表面制备钙钛矿薄膜，所用材料包括铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种，方法包括狭缝涂布、真空蒸镀。上述钙钛矿薄膜经过退火处理，退火温度为50-150℃，退火时间为0.1-1h；钙钛矿薄膜厚度为50-5000nm；
步骤六，在钙钛矿薄膜表面制备电子传输界面钝化层，所用材料为氨基分子化合物中的至少一种，或者这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜。
步骤七，在电子传输界面钝化层表面制备电子传输层，所用材料为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm。
步骤八，在电子传输层表面上制备电极，所用材料包括金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO等，方法包括真空蒸镀、磁控溅射，电极厚度为10-1000nm。
进一步的，在钙钛矿薄膜表面制备电子传输界面钝化层过程中，选用的溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制备，其厚度为0.1-10nm。
本发明的有益效果：
1.该空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法通过离子协同钝化钙钛矿-空穴传输层界面，有效减少界面电荷复合损失，提升电池的效率和稳定性，具有良好的应用前景，有利于加快钙钛矿太阳能电池的产业化。
2.该空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法在钙钛矿光吸收层和空穴传输层之间的界面上，采用苯甲酸基钾盐化合物作为空穴传输界面钝化层，能够以较低的成本起到提升效率和稳定性的作用。
附图说明
图1为本发明一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其中空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池包括正式电池和反式电池两种电池结构，所述正式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、电子传输层、电子传输界面钝化层、钙钛矿层、空穴传输界面钝化层、空穴传输层、电极。所述反式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、空穴传输层、空穴传输界面钝化层、钙钛矿层、电子传输界面钝化层、电子传输层、电极。
本实施例，所述空穴传输界面钝化层的制备过程中，苯甲酸基钾盐化合物为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾中的至少一种，包括这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜，所述空穴传输界面钝化层厚度为0.1-10nm，所述空穴传输界面钝化层的制备过程中，配置苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾中的至少一种化合物的溶液，包括这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合后溶解，溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制，所述透明电极为ITO、FTO中的至少一种，厚度100-1000nm；所述电子传输层为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，厚度1-100nm，所述钙钛矿层为铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种，厚度50-5000nm，所述电子传输界面钝化层为氨基分子化合物中的至少一种，厚度0.1-10nm；所述空穴传输层为氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，厚度1-100nm；所述电极为金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO中的至少一种，厚度10-1000nm。
本实施例提供了一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其结构为正式结构，如图1所示，包括玻璃基底、透明电极、电子传输层、电子传输界面钝化层、钙钛矿层、空穴传输界面钝化层、空穴传输层、电极。
本实施例，制备步骤如下：对ITO透明电极玻璃基底采用清洗剂、去离子水、乙醇和丙酮依次进行超声清洗，然后加热并利用氮气干燥；用紫外线臭氧清洁透明电极表面；将氧化锡分两次涂布到透明电极表面上，并退火，再利用紫外臭氧处理；将苯甲胺的异丙醇溶液涂布到氧化锡表面上，并退火；将钙钛矿溶液涂布到苯甲胺表面上，然后退火；将苯甲酸钾异丙醇溶液涂布到钙钛矿表面上，然后干燥退火；将掺杂的PTAA溶液涂布在苯甲酸钾表面，然后退火；通过真空蒸镀分别把氧化钼和金先后沉积到PTAA表面。
测试初始条件以及老化后的电池的光电转换效率曲线，没有电子传输界面钝化层的太阳能电池的初始效率只有21％，经过1000小时光照老化后只保持初始效率的67％；有空穴传输界面钝化层的太阳能电池的光电转化效率初始值可达23％，且经过1000小时光照老化后依然保持初始效率的93％。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括正式电池和反式电池两种电池结构，所述正式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、电子传输层、电子传输界面钝化层、钙钛矿层、空穴传输界面钝化层、空穴传输层、电极；所述反式电池的结构包括玻璃基底、透明电极、空穴传输层、空穴传输界面钝化层、钙钛矿层、电子传输界面钝化层、电子传输层、电极；所述空穴传输界面钝化层为溶液法涂布的苯甲酸基钾盐化合物。
2.根据权利要求1所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输界面钝化层的制备过程中，苯甲酸基钾盐化合物为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾中的至少一种，包括这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜，所述空穴传输界面钝化层厚度为0.1-10nm。
3.根据权利要求2所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输界面钝化层的制备过程中，配置苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾中的至少一种化合物的溶液，包括这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合后溶解，溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制。
4.根据权利要求1所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述透明电极为ITO、FTO中的至少一种，厚度100-1000nm；所述电子传输层为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，厚度1-100nm。
5.根据权利要求4所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿层为铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种，厚度50-5000nm。
6.根据权利要求1所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电子传输界面钝化层为氨基分子化合物中的至少一种，厚度0.1-10nm；所述空穴传输层为氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，厚度1-100nm；所述电极为金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO中的至少一种，厚度10-1000nm。
7.一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：该制备方法用于制备如权利要求1所述的正式电池和反式电池两种电池结构，所述正式电池结构的制备方法包括以下步骤：
步骤一，用去离子水或者纯水清洗透明电极的表面，然后采用加热的方式将其表面进行干燥处理；
步骤二，利用紫外臭氧或者等离子处理透明电极表面，时间1-30分钟；
步骤三，在电极表面制备电子传输层，所用材料为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm。
步骤四，在电子传输层表面制备电子传输界面钝化层，所用材料为氨基分子化合物的至少一种，或者这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜，溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，其厚度为0.1-10nm。
步骤五，在电子传输界面钝化层表面制备钙钛矿薄膜，所用材料包括铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种。上述钙钛矿薄膜经过退火处理，退火温度为50-150℃，退火时间为0.1-1h；钙钛矿薄膜厚度为50-5000nm；
步骤六，在钙钛矿层表面制备空穴传输界面钝化层，所用材料为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾化合物中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度0.1-10nm。
步骤七；在透明电极表面沉积空穴传输层，所用材料包括氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，方法包括磁控溅射、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm；
步骤八，在空穴传输层表面上制备电极，所用材料包括金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO等，方法包括真空蒸镀、磁控溅射等，电极厚度为10-1000nm。
8.根据权利要求7所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：在电子传输层表面制备电子传输界面钝化层过程中，主要通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制备；在电子传输界面钝化层表面制备钙钛矿薄膜过程中，方法包括狭缝涂布、真空蒸镀。
9.根据权利要求7所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：所述反式电池结构的制备方法包括以下步骤：
步骤一，用去离子水或者纯水清洗透明电极的表面，然后采用加热的方式将其表面进行干燥处理；
步骤二，利用紫外臭氧或者等离子处理透明电极表面，时间1-30分钟；
步骤三；在透明电极表面沉积空穴传输层，所用材料包括氧化镍、碘化铜、PTAA中的至少一种，方法包括磁控溅射、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm；
步骤四，在空穴传输层表面制备空穴传输界面钝化层，所用材料为苯甲酸钾、对甲苯甲酸钾化合物中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度0.1-10nm。
步骤五，在空穴传输界面钝化层表面制备钙钛矿薄膜，所用材料包括铅基卤化物钙钛矿、锡基卤化物钙钛矿、铅锡混合卤化物钙钛矿中的至少一种，方法包括狭缝涂布、真空蒸镀。上述钙钛矿薄膜经过退火处理，退火温度为50-150℃，退火时间为0.1-1h；钙钛矿薄膜厚度为50-5000nm；
步骤六，在钙钛矿薄膜表面制备电子传输界面钝化层，所用材料为氨基分子化合物中的至少一种，或者这些化合物按照在总质量中的比例(0％-100％)进行混合溶解后制备的薄膜。
步骤七，在电子传输界面钝化层表面制备电子传输层，所用材料为C60、PCBM、氧化锡、二氧化钛中的至少一种，方法包括真空蒸镀、狭缝涂布、喷涂等，厚度1-100nm。
步骤八，在电子传输层表面上制备电极，所用材料包括金、银、铜、铜基合金、ITO、FTO等，方法包括真空蒸镀、磁控溅射，电极厚度为10-1000nm。
10.根据权利要求9所述的一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：在钙钛矿薄膜表面制备电子传输界面钝化层过程中，选用的溶剂为乙醇、异丙醇中的至少一种，通过狭缝涂布法、刮刀法、旋涂法、喷涂法、浸泡法进行制备，其厚度为0.1-10nm。
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| CN202310206706.2A CN116096105A (zh) | 2023-03-07 | 2023-03-07 | 一种空穴传输界面钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117412615A (zh) * | 2023-12-15 | 2024-01-16 | 中节能万润股份有限公司 | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
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- 2023-03-07 CN CN202310206706.2A patent/CN116096105A/zh active Pending
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