基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，涉及钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具体提供一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术通过在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层与空穴传输层之间引入2‑噻吩甲胺分子薄膜层、作为用于界面修饰的偶极分子修饰层，在空穴传输层/钙钛矿吸光层界面形成定向排列的偶极分子层、构建偶极电场，同时实现了界面缺陷的钝化与载流子提取效率的提升；进而使得钙钛矿太阳能电池实现了更高的短路电流密度以及开路电压，具有更高的光电转换效率；并且，2‑噻吩甲胺结构简单、价格低廉且易于大规模制备，因而使得本发明专利技术钙钛矿太阳能电池具有高效、稳定且低成本的优点。

【技术实现步骤摘要】
基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，涉及钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具体提供一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
21世纪面临着严峻的能源短缺、环境污染等问题，太阳能以其绿色环保、价格低廉且储量丰富等特点，成为备受瞩目的新能源之一，被认为是替代传统的化石燃料最有前途的选择之一。作为有效利用太阳能的重要途经，太阳能电池的研制得到日益关注，而在众多光伏器件中，钙钛矿太阳能电池(PerovskiteSolarCells)在近几年里的发展犹为迅猛。钙钛矿(CH3NH3PbI3)太阳能电池属于第三代太阳能电池，其显著特点是利用钙钛矿型的有机-无机杂化卤化物半导体材料作为吸光层；由于有机-无机杂化钙钛矿材料具有吸光系数高、带隙可调节、光生激子束缚能低、载流子迁移率高且扩散距离长等一系列优点，因此自其问世就受到了广泛的关注。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经高达25.5％，几乎可与单晶硅太阳能电池相媲美；更重要的是，反式结构的钙钛矿太阳能电池可以通过全低温工艺制备，这使得它具有与叠层电池及柔性可穿戴电子设备良好的兼容性，在下一代的光伏工艺中，具有很大的竞争优势。虽然钙钛矿太阳能电池已经取得了较高的光电转换效率，但是其短路电流密度和开路电压仍远小于理论极限(分别为26mAcm-2和1.3V)；大量研究表明，钙钛矿太阳能电池的各项光伏参数受光生载流子在器件界面处的堆积、复合等行为的影响极大；因此，如何有效抑制界面处载流子的堆积、减少光生载流子在界面处的非辐射复合，是进一步提升钙钛矿太阳能电池性能的关键。目前，界面修饰是抑制电荷在钙钛矿表层堆积和快速复合的重要方法之一，它可以提升器件的开路电压、填充因子以及长期稳定性；界面钝化作为界面修饰的一种手段，其可用的材料有很多，比如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、氯化胆碱(CC)、聚四氟乙烯(PTFE)等有机分子；然而，这些材料均为不良导体，虽然钝化了界面缺陷态，但是并不能解决界面载流堆积的问题，限制了钙钛矿太阳能电池光电转换效率的进一步提升。基于此，本专利技术提供一种能够同时实现界面缺陷钝化以及界面载流子提取增强的新型界面修饰材料，对于制造更高光电转换效率的钙钛矿太阳能电池具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有钙钛矿太阳能电池中界面修饰存在的不足，提供一种能够同时实现缺陷钝化与载流子提取增强的界面修饰材料，进而提供基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，包括：从下往上依次层叠设置的玻璃基底1、氧化铟锡(ITO)透明电极层2、空穴传输层3、钙钛矿吸光层5、电子传输层6、空穴阻挡层7及金属电极8；其特征在于，所述空穴传输层3与钙钛矿吸光层5之间还设置有偶极分子修饰层4，所述空穴传输层为氧化镍纳米晶薄膜，所述偶极分子修饰层为2-噻吩甲胺(TPMA)分子薄膜。进一步的，所述偶极分子修饰层的厚度为1～2纳米。进一步的，所述钙钛矿吸光层为MAPbI3薄膜，所述电子传输层为富勒烯衍生物(PCBM)薄膜，所述空穴阻挡层为浴铜灵(BCP)薄膜。上述基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1.准备基底：采用ITO导电玻璃基底，对ITO导电玻璃基底的ITO透明电极侧进行刻蚀、切割，再对ITO导电玻璃基底进行清洗、表面预处理；步骤2.制备空穴传输层：在ITO透明电极层上制备氧化镍纳米晶薄膜层；步骤3.制备偶极分子修饰层：在氧化镍纳米晶薄膜上制备2-噻吩甲胺分子薄膜层；步骤4.制备钙铁矿吸光层：在偶极分子修饰层上制备MAPbI3薄膜层并退火；步骤5.制备电子传输层：在MAPbI3薄膜层上制备富勒烯衍生物(PCBM)薄膜层并退火；步骤6.制备空穴阻挡层：在PCBM层上制备浴铜灵(BCP)薄膜层并退火；步骤7.制备电极：在浴铜灵(BCP)薄膜层上制备金属银电极。进一步的，所述步骤2中，采用溶液法制备氧化镍纳米晶薄膜，首先，将氧化镍纳米晶粉体分散在溶剂中制成浓度为10～20mgml-1的氧化镍纳米晶溶液，所述溶剂为水和异丙醇的混合溶剂、其体积比为4:1；然后，将氧化镍纳米晶溶液旋涂于ITO透明电极层上，旋涂参数为：转速为2500～3500rpm、时间为30秒；最后，将基底置于干燥箱中干燥8～10个小时；制备得厚度为10～30nm的氧化镍纳米晶薄膜。进一步的，所述步骤3中，采用溶液法制备2-噻吩甲胺(TPMA)薄膜，首先，将2-噻吩甲胺(TPMA)液体分散于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中配置成体积分数为1％的TPMA分散溶液，并将TPMA分散溶液通过PTFE过滤头进行过滤；然后，将TPMA分散溶液旋涂于氧化镍纳米晶薄膜上，旋涂参数为：转速为2500～3500rpm、时间为30秒，得到旋涂均匀的薄膜；最后，将基底置于75℃的热台上，低温退火15～20分钟，即制备得到厚度为1～2纳米的TPMA界面偶极分子修饰层。进一步的，所述步骤4中，采用一步溶液旋涂法制备MAPbI3薄膜，首先，取PbI2和CH3NH3I按1:1的摩尔比溶解在溶剂中配成钙钛矿前驱体溶液，所述溶剂为二甲基亚砜(DMSO)与DMF混合溶液、且DMSO与DMF的体积比为1:4；然后，取钙钛矿前驱体溶液旋涂于偶极分子修饰层上，旋涂参数为：转速为2500～3500rpm、时间为30秒、并在第10s时滴加0.1～0.3ml的反溶剂(氯苯或乙醚)；最后，将基底置于100℃的热台上，退火处理25～30分钟，即制备得到厚度为400～500nm的钙铁矿吸光层。从工作原理上讲，本专利技术提供一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，通过在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层与空穴传输层之间引入2-噻吩甲胺分子薄膜层、作为用于界面修饰的偶极分子修饰层；如图5所示为基于界面偶极分子修饰的氧化镍传输层(空穴传输层)和无修饰层的氧化镍传输层的表面镍元素2p3/2轨道的X射线光电子能谱图，如图6所示为氧化镍、氧化镍/偶极分子以及偶极分子的傅里叶变换红外光谱图，由图5、图6可知，所述偶极分子修饰层引入后，所述界面偶极分子通过硫原子与镍原子之间的配位作用与氧化镍层形成化学链接，在氧化镍/钙钛矿界面形成定向排列的偶极分子层，构建偶极电场，显著提高器件内电场，极大增强载流子在界面处的分离提取效率；同时，界面偶极分子的引入，通过分子间的配位作用以及场钝化效应降低了氧化镍层及钙钛矿吸光层的表面缺陷，实现了器件更低的缺陷态密度。综上，本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，通过在钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层与空穴传输层之间引入2-噻吩甲胺分子薄膜层、作为用于界面修饰的偶极分子修饰层，同时实现了界面缺陷的钝化与载流子提取效率的提升；进而使得钙钛矿太阳能电池实现了更高的短路电流密度以及开路电压，具有更高的光电转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，包括：从下往上依次层叠设置的玻璃基底(1)、氧化铟锡(ITO)透明电极层(2)、空穴传输层(3)、钙钛矿吸光层(5)、电子传输层(6)、空穴阻挡层(7)及金属电极(8)；其特征在于，所述空穴传输层(3)与钙钛矿吸光层(5)之间还设置有偶极分子修饰层(4)，所述空穴传输层为氧化镍纳米晶薄膜，所述偶极分子修饰层为2-噻吩甲胺(TPMA)分子薄膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，包括：从下往上依次层叠设置的玻璃基底(1)、氧化铟锡(ITO)透明电极层(2)、空穴传输层(3)、钙钛矿吸光层(5)、电子传输层(6)、空穴阻挡层(7)及金属电极(8)；其特征在于，所述空穴传输层(3)与钙钛矿吸光层(5)之间还设置有偶极分子修饰层(4)，所述空穴传输层为氧化镍纳米晶薄膜，所述偶极分子修饰层为2-噻吩甲胺(TPMA)分子薄膜。


2.按权利要求1所述基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述偶极分子修饰层的厚度为1～2纳米。


3.按权利要求1所述基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为MAPbI3薄膜，所述电子传输层为富勒烯衍生物(PCBM)薄膜，所述空穴阻挡层为浴铜灵(BCP)薄膜。


4.按权利要求3所述基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1.准备基底：采用ITO导电玻璃基底，对ITO导电玻璃基底的ITO透明电极侧进行刻蚀、切割，再对ITO导电玻璃基底进行清洗、表面预处理；
步骤2.制备空穴传输层：在ITO透明电极层上制备氧化镍纳米晶薄膜层；
步骤3.制备偶极分子修饰层：在氧化镍纳米晶薄膜上制备2-噻吩甲胺分子薄膜层；
步骤4.制备钙铁矿吸光层：在偶极分子修饰层上制备MAPbI3薄膜层并退火；
步骤5.制备电子传输层：在MAPbI3薄膜层上制备富勒烯衍生物(PCBM)薄膜层并退火；
步骤6.制备空穴阻挡层：在PCBM层上制备浴铜灵(BCP)薄膜层并退火；
步骤7.制备电极：在浴铜灵(BCP)薄膜层上制备金属银电极。


5.按权利要求4所述的基于界面偶极分子修饰的钙钛矿太阳能电池的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘明侦，崔翔，胡逾超，李发明，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51