一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池，其在钙钛矿层表面直接沉积聚合物钝化层，所述聚合物钝化层为聚乙烯亚胺或其衍生物；本发明专利技术还公开了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明专利技术技术方案通过使用聚乙烯亚胺或其衍生物作为聚合物钝化层，能有效钝化钙钛矿表面，同时改善钙钛矿层与电子传输层的界面载流子传输，通过表面能带弯曲实现更高效的载流子向电荷传输层的纵向传输，减少载流子横向传输，降低载流子非辐射复合，提高钙钛矿电池的开路电压和填充因子，大幅度提升钙钛矿太阳能电池性能。大幅度提升钙钛矿太阳能电池性能。大幅度提升钙钛矿太阳能电池性能。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿太阳能电池由于其成本低效率高、带隙可调、制备方便而受到学术界和工业界的广泛关注，属于新一代的光伏技术。自从2009年起，其认证的光电转换效率已经超过25％以上。然而，其转换效率仍然低于最先进的硅太阳能电池。这是由于目前溶液法制备的钙钛矿薄膜内部和表面存在大量的缺陷，例如间隙碘、卤素空位等。缺陷的存在会成为载流子非辐射复合的中心，降低太阳能电池的开路电压和填充因子，进而降低了电池的光电转换效率。为了降低钙钛矿薄膜的缺陷浓度，尤其是表面缺陷，需要对钙钛矿薄膜进行有效的钝化。目前已报道的钙钛矿表面缺陷钝化方法中，较为常见的是通过物理或者化学方法沉积一层无机盐如氟化锂(LiF)或者小分子的有机盐如苯乙胺碘(PEAI)等。这些钝化方法虽然可以一定程度上提高开路电压或者填充因子，但是由于小分子的钝化剂有着位阻小、扩散系数高的特点，在电池实际的工作过程中这些分子会向钙钛矿薄膜或者电荷传输层中扩散，这会明显降低电池的效率和稳定性。
[0003]因此亟需一种能解决现有钙钛矿太阳能电池表面缺陷浓度高、开路电压损失大的问题的钙钛矿太阳能电池。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种通过聚合物与钙钛矿薄膜原位化学反应从而实现钝化的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，能够在提高钙钛矿太阳能电池的开路电压的同时提高填充因子，具有在大幅提高电池效率的同时不影响其器件稳定性的优点。
[0005]为实现上述目的及其它相关目的，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，其至少包括电子传输层和钙钛矿层，在电子传输层和钙钛矿层之间设置有聚乙烯亚胺或其衍生物层，所述聚乙烯亚胺或其衍生物层为旋涂在钙钛矿层表面。
[0006]进一步地，由上往下依次为背电极、电子传输层、聚乙烯亚胺或其衍生物层、钙钛矿层、空穴传输层、透明导电基底层；
[0007]或，由上往下依次为背电极、空穴传输层、聚乙烯亚胺或其衍生物层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电基底层。
[0008]进一步地，聚乙烯亚胺或其衍生物层为线性、网状或者三维结构，在钙钛矿表面形成连续或非连续的薄膜。
[0009]进一步地，聚乙烯亚胺或其衍生物层厚度为0.1
‑
5纳米。
[0010]进一步地，所述聚乙烯亚胺或其衍生物为聚乙烯亚胺、支化聚乙烯亚胺、羟基化聚乙烯亚胺、乙氧基化聚乙烯亚胺、聚乙烯亚胺盐酸盐、聚乙烯亚胺氢碘酸盐或聚乙烯亚胺氢
溴酸盐。
[0011]进一步地，所述乙氧基化聚乙烯亚胺(也即羟乙基化聚乙烯亚胺)具体为：
[0012]a为0到10000的整数，b为0到10000的整数，c为0到10000的整数。
[0013]再进一步地，所述乙氧基化聚乙烯亚胺平均分子量30000
‑
100000；
[0014]再进一步地，所述乙氧基化聚乙烯亚胺羟基化比例50
‑
90％
[0015]进一步地，所述聚乙烯亚胺或其衍生物层采用溶液法旋涂、刮涂、喷涂或者采用物理化学气相沉积的方法与钙钛矿层接触。
[0016]本专利技术还提供了如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体步骤如下：
[0017]1)在干净的ITO衬底或FTO衬底上制备空穴传输层或电子传输层；
[0018]2)在步骤1)得到的层上沉积钙钛矿层；
[0019]3)在钙钛矿层上附着聚乙烯亚胺或其衍生物层；
[0020]4)在聚乙烯亚胺或其衍生物层上制备电子传输层或空穴传输层；
[0021]5)在步骤4)得到的层上制备背电极层。
[0022]进一步地，所述空穴传输层为聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]，厚度为25
‑
40nm。
[0023]进一步地，所述聚乙烯亚胺或其衍生物层与钙钛层厚度比例为1
‑
10：100
‑
500。
[0024]进一步地，所述空穴传输层、钙钛矿层、聚乙烯亚胺或其衍生物层、电子传输层、背电极层的厚度比例为 10
‑
40:100
‑
500:1
‑
10:20
‑
40:5
‑
15:50
‑
150。
[0025]进一步地，所述空穴传输层、钙钛矿层、聚乙烯亚胺或其衍生物层、电子传输层、背电极层的厚度比例为 25:500:2:30:8:100。
[0026]本方案可以应用于正式器件(n
‑
i
‑
p)和反式器件(p
‑
i
‑
n),实例中为反式器件(透明导电基底/空穴传输层/ 钙钛矿层/乙氧基化钝化层/电子传输层/背电极)，正式器件(透明导电基底/电子传输层/钙钛矿层/乙氧基化钝化层/空穴传输层/背电极。
[0027]聚乙酰亚胺或其衍生物层的制备方法不局限于旋涂法，包括但不限于喷涂法，刮涂法，热蒸发等其他薄膜沉积方法。
[0028]聚乙酰亚胺或其衍生物层不限于钙钛矿上表面的钝化，还包括下表面。如反式器件实例中(透明导电基底 /空穴传输层/乙氧基化钝化层/钙钛矿层/电子传输层/背电极，正式器件(透明导电基底/电子传输层/乙氧基化钝化层/钙钛矿层/空穴传输层/背电极)；对钙钛矿层的钝化包括将该分子以溶液法或者物理化学沉积的方式掺杂入钙钛矿体相中。该钝化方式不仅仅适用于单节钙钛矿电池，包括但不限于CIGS/钙钛矿叠层电池、硅/钙钛矿电池叠层电池、钙钛矿/钙钛矿叠层。
[0029]具体地，除了单结电池，也可以是钙钛矿
‑
钙钛矿叠层、钙钛矿
‑
晶硅叠层、钙钛矿
‑
铜铟镓硒叠层等叠层电池中的单结结构。
[0030]具体地，在p
‑
i
‑
n结构中：n型电子传输层可选用氧化钛(TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钒(V2O5)、氧化锌锡(Zn2SnO4)等一种或多种n型半导体材料制成，但不限于上述所列的n型半导体材料；p型空穴传输层可选用氧化镍(NiO)、氧化钼(MoO3)、氧化亚
铜(Cu2O)、碘化铜(CuI)、酞菁铜(CuPc)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化还原石墨烯、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、 2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)、聚3，4
‑
乙撑二氧噻吩:聚苯乙烯磺酸盐本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其至少包括电子传输层和钙钛矿层，其特征在于，在电子传输层和钙钛矿层之间设置有聚乙烯亚胺或其衍生物层，所述聚乙烯亚胺或其衍生物层直接沉积在钙钛矿层表面，并产生钝化反应。2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，由上往下依次为背电极或透明电极、电子传输层、聚乙烯亚胺或其衍生物层、钙钛矿层、空穴传输层、透明导电基底层或金属基底；或，由上往下依次为背电极、空穴传输层、聚乙烯亚胺或其衍生物层、钙钛矿层、电子传输层、透明导电基底层。3.如权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述聚乙烯亚胺或其衍生物为聚乙烯亚胺、支化聚乙烯亚胺、羟基化聚乙烯亚胺、乙氧基化聚乙烯亚胺、聚乙烯亚胺盐酸盐、聚乙烯亚胺氢碘酸盐或聚乙烯亚胺氢溴酸盐或以上化合物的羟基化、巯基化衍生物。4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述乙氧基化聚乙烯亚胺具体为：a为选自0到10000的整数，b为选自0到10000的整数，c为选自0到10000的整数。5.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述聚乙烯亚胺或其衍生物层采用溶液法旋涂、刮涂、喷涂或者采用物理化学气相沉积的方法与钙钛矿层接触。6.如权利要求1
‑
5任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)在干净的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐集贤，朱正洁，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：