埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池及制备方法，所述太阳能电池，包括：由下至上依次设置并连接的透明导电衬底、电子传输层、无机钙钛矿吸光层和碳电极；所述电子传输层为埋底添加剂掺杂的ZnO，所述埋底添加剂为乙酸铯(CsAc)、氟化铯(CsF)和三氟乙酸铯(CsTFA)中的一种。将CsAc、CsF和CsTFA中的任意一种作为ZnO电子传输层的埋底添加剂，不仅同时提高了ZnO电子传输层和无机钙钛矿吸光层的薄膜质量，而且缩小了两者之间的界面能级差，从而改善了底部界面接触，抑制了电荷非辐射复合，促进了电子提取和传输。最终，太阳能电池的光电转换效率和稳定性均有所提升。提升。提升。

【技术实现步骤摘要】
埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池及制备方法


[0001]本专利技术涉及新型太阳能电池
，特别涉及一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，其认证的光电转换效率(PCE)已经达到25.7％。然而，有机阳离子的挥发和热降解性质严重损害了器件的稳定性。相比之下，CsPbX3(X＝I、Br或混合卤化物)无机钙钛矿具有更好的热稳定性，因此表现出巨大的发展前景。其中，混合卤化物CsPbI2Br无机钙钛矿可以实现带隙和相稳定性之间的平衡，被认为是最有前途的光吸收层。目前，基于有机空穴传输层和贵金属电极的CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池的PCE已超过17％。不幸的是，氯苯通常用作制备有机空穴传输层前驱体溶液的溶剂，这对土壤、水和大气有害。有机空穴传输层中的添加剂具有吸湿性和潮解性，这将加速器件退化。除了高成本外，贵金属电极对源自钙钛矿内部的卤素离子迁移极其敏感。这种有害的卤素离子迁移将导致相分离和不可逆降解，从而破坏器件的稳定性。碳电极便宜且疏水，并且对卤素离子迁移是惰性的。基于以上考虑，不含有机空穴传输层和贵金属电极的碳基CsPbI2Br无机钙钛矿太阳能电池应是商业应用的理想选择，其具有低成本、结构简单和高稳定性等优势。
[0003]目前，大多数高效的碳基无机钙钛矿太阳能电池由TiO2电子传输层组成。然而，TiO2通常需要高温(≥450℃)退火且工艺复杂，这既耗能又与柔性器件不兼容。为了解决上述问题，开发了许多低温电子传输层，如SnO2、ZnO和Nb2O5等。由于具有更高的电子迁移率、更合适的能级排列和更好的紫外光稳定性，ZnO被视为碳基无机钙钛矿太阳能电池最有前途的电子传输层。奇怪的是，早些年，ZnO很少引起碳基无机钙钛矿太阳能电池研究人员的关注。
[0004]从2019年发展到至今，基于ZnO的碳基无机钙钛矿太阳能电池实现了最高12.39％的PCE。然而，由于存在大量的埋底界面缺陷(比钙钛矿薄膜内缺陷高约100倍)，该PCE远低于其理论极限(20.1％)。
[0005]因此，有必要开发一种埋底界面缺陷改善的碳基无机钙钛矿太阳能电池及制备方法。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的是提供一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，将乙酸铯(CsAc)、氟化铯(CsF)和三氟乙酸铯(CsTFA)中的任意一种作为ZnO电子传输层的埋底添加剂，不仅同时提高了ZnO电子传输层和无机钙钛矿吸光层的薄膜质量，而且缩小了两者之间的界面能级差，从而改善了底部界面接触，抑制了电荷非辐射复合，促进了电子提取和传输。最终提高碳基无机钙钛矿太阳能电池的PCE和稳定性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]在本专利技术的第一方面，提供了一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池，包括：由下至上依次设置并连接的透明导电衬底、电子传输层、无机钙钛矿吸光层和碳电极；所述电子传输层为埋底添加剂掺杂的ZnO，所述埋底添加剂为CsAc、CsF和CsTFA中的一种。
[0009]进一步地，所述电子传输层的厚度为25～50nm。
[0010]进一步地，所述透明导电衬底为ITO导电玻璃，所述透明导电衬底的厚度为1～1.1mm。
[0011]进一步地，所述无机钙钛矿吸光层为CsPbI2Br，所述无机钙钛矿吸光层的厚度为350～450nm。
[0012]进一步地，所述碳电极的厚度为10～25μm。
[0013]在本专利技术的第二方面，提供了所述埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括：
[0014]S1、将透明导电衬底清洗、干燥和紫外臭氧处理，获得清洁后的透明导电衬底；
[0015]S2、配制ZnO电子传输层前驱体溶液后加入浓度为1.0～4.0mg/ml的所述埋底添加剂，获得埋底添加剂掺杂的ZnO电子传输层前驱体溶液；后将所述埋底添加剂掺杂的ZnO电子传输层前驱体溶液旋涂在所述清洁后的透明导电衬底的表面，进行第一退火后得到埋底添加剂掺杂的ZnO电子传输层；
[0016]S3、配制无机钙钛矿吸光层的前驱体溶液并旋涂在所述埋底添加剂掺杂的ZnO电子传输层的表面，进行第二退火后得到无机钙钛矿吸光层；
[0017]S4、在所述无机钙钛矿吸光层的表面刮涂上导电碳浆并进行第三退火形成碳电极，获得所述埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池。
[0018]进一步地，所述第一退火的条件包括：40～150℃下退火30～60min。
[0019]进一步地，所述第二退火的条件包括：40～60℃下退火2～5min，后于160～180℃下退火10～30min。
[0020]进一步地，所述第三退火的条件包括：90～120℃下退火10～30min。
[0021]进一步地，所述步骤S1和S2在空气环境中完成；所述步骤S3和S4在N2手套箱中完成。
[0022]本专利技术实施例中的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0023]本专利技术提供的一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池及制备方法，将CsAc、CsF和CsTFA中的任意一种作为ZnO电子传输层的埋底添加剂，使得埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池获得了最高14.25％的PCE。该制备方法不仅同时提高了ZnO电子传输层和无机钙钛矿吸光层的薄膜质量，而且缩小了两者之间的界面能级差，从而改善了底部界面接触，抑制了电荷非辐射复合，促进了电子提取和传输。同时，器件稳定性也有所提升。本制备工艺简单高效且成本较低，适用于商业化生产。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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。
[0025]图1为实施例1
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3及对比例制备的碳基无机钙钛矿太阳能电池的器件结构示意图；其中，1
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透明导电衬底；2
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电子传输层；3
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无机钙钛矿吸光层；4
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碳电极；
[0026]图2为实施例1
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3及对比例中电子传输层的X射线光电子能谱(XPS)O 1s拟合光谱图；
[0027]图3为实施例1
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3及对比例中电子传输层的原子力显微镜(AFM)图；
[0028]图4为实施例1
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3及对比例中电子传输层的二甲基亚砜(DMSO)/二甲基甲酰胺(DMF)溶剂接触角图；
[0029]图5(a)为实施例1
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3及对比例中电子传输层的紫外光电子能谱(UPS)光谱；图5(b)为实施例1
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3及对比例制备的碳基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：由下至上依次设置并连接的透明导电衬底、电子传输层、无机钙钛矿吸光层和碳电极；所述电子传输层为埋底添加剂掺杂的ZnO，所述埋底添加剂为乙酸铯(CsAc)、氟化铯(CsF)和三氟乙酸铯(CsTFA)中的一种。2.根据权利要求1所述的一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为25～50nm。3.根据权利要求1所述的一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电衬底为ITO导电玻璃，所述透明导电衬底的厚度为1～1.1mm。4.根据权利要求1所述的一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述无机钙钛矿吸光层为CsPbI2Br，所述无机钙钛矿吸光层的厚度为350～450nm。5.根据权利要求1所述的一种埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碳电极的厚度为10～25μm。6.一种权利要求1
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5任一项所述埋底添加剂修饰的碳基无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：S1、将透明导电衬底清洗、干燥和紫外臭氧处理，获得清洁...

【专利技术属性】
技术研发人员：台启东，张祥，张丹，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：