[发明专利]一种疏水性钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钙钛矿层中掺入长烷基链疏水性分子正辛基三甲氧基硅烷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于光电子材料与器件领域。

背景技术

近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟嫁锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处于起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。

最新发现的钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，由于其具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了丰硕的研究成果。钙钛矿吸光材料由于具有较高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数，因而钙钛矿太阳能电池可以获得高的短路电池、开路电压和填充因子。目前，这一领域的迅速发展吸引了来自世界各国科学家们的研究兴趣。然而，钙钛矿材料本身对于空气和水的不稳定性在一定程度上也限制了钙钛矿太阳能电池的商业应用。

在温度或者湿度较高的条件下，钙钛矿材料的晶格容易被破坏而导致材料的分解。所以很多科学研究者从材料结构设计以及器件设计方面着手，在一定程度上改善了钙钛矿太阳能电池的稳定性。本发明则是通过在钙钛矿前驱液中添加长烷基链疏水性分子这种简单有效的的途径来改善钙钛矿的成膜质量，同时又能提高钙钛矿薄膜的抗水能力，增加钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

发明内容

本发明所要解决的问题是针对现有的钙钛矿太阳能电池在一定湿度下的不稳定性问题，提出在钙钛矿前驱液中添加长烷基链疏水性分子的方案，从而改善钙钛矿薄膜的成膜质量，提高其疏水性能和抗水能力，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

本发明所提供的技术方案具体如下：

一种疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；

(2)在清洗后的透明导电衬底上制备金属氧化物电子传输层，退火处理；

(3)按摩尔比1：1将CH₃NH₃I和PbI₂一同溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，其中，二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4：1；然后添加相当于CH₃NH₃I 1～8％摩尔量的正辛基三甲氧基硅烷，室温下搅拌2小时，得到钙钛矿前驱体溶液；将配制好的钙钛矿前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在经退火处理的金属氧化物电子传输层上，在基片旋转过程中，滴加不溶解钙钛矿材料的氯苯溶剂；甩好后先在65摄氏度下退火2分钟，再在100摄氏度下退火10分钟，得到钙钛矿吸光层；

(4)在钙钛矿吸光层上旋涂一层空穴传输层；

(5)在空穴传输层上蒸发制备金属电极层。

所述的透明导电衬底为FTO导电玻璃。

所述的CH₃NH₃I在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中的浓度为1.38mol/L。

所述的金属氧化物电子传输层为SnO₂薄膜。

所述步骤(2)具体为：首先将0.1mol/L的SnCl₂·2H₂O乙醇溶液搅拌10～40分钟，得到金属氧化物前驱体溶液；将配制好的金属氧化物前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在清洗干净的透明导电衬底上；最后在180摄氏度条件下退火1小时，得到金属氧化物电子传输层。

所述步骤(4)具体包括以下步骤：首先配制含68mM的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、26mM的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的空穴传输层前驱体溶液，溶剂是体积比为10：1的氯苯/乙腈混合液；然后将配制好的空穴传输层前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在钙钛矿吸光层上，形成空穴传输层。

所述的金属电极层为金电极。

一种疏水性钙钛矿太阳能电池，由上述疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法制备得到。

上述疏水性钙钛矿太阳能电池在光电领域中的应用。