[发明专利]一种提高有机金属卤化物钙钛矿太阳电池稳定性和效率的方法

说明书

本发明提出了一种提高有机金属卤化物钙钛矿太阳电池稳定性和效率的方法，属于太阳电池领域。本发明通过物理气相沉积法在FTO/TiO₂表面依次沉积PbCl₂和PbI₂，再将铅卤化物转变为对应的有机金属卤化物钙钛矿层，得到双层钙钛矿，双层钙钛矿结构中CH₃NH₃PbI_3‑XCl_X层起到了界面修饰和钝化的作用，可使TiO₂与钙钛矿之间的结合更牢固，使TiO₂/钙钛矿界面处的电荷不易累积，钙钛矿的晶粒尺寸增大，从而提高电池的稳定性。此外，CH₃NH₃PbI_3‑XCl_X层还可抑制TiO₂/钙钛矿界面处缺陷的生成，可降低界面处的复合，提高电池的效率。

技术领域

本发明涉及太阳电池领域，特指一种用于提高有机金属卤化物钙钛矿太阳电池稳定性和效率的界面修饰方法。

背景技术

在各类太阳电池中，有机金属卤化物钙钛矿太阳电池(以下简称为钙钛矿电池)兼具低成本溶液加工和优异的光电转换性能。经过6-7年时间的发展，实验室器件能量转换效率已突破22％，是美国国家再生能源实验室(NREL)统计的效率增长最快的一类太阳电池，因此被认为是一种极具潜力的光伏技术。然而，钙钛矿太阳电池效率远没有达到Schockley-Queisser极限，这可能与钙钛矿太阳电池界面处缺陷导致的复合有关。此外，钙钛矿太阳电池最常用的电子传输层材料TiO₂与钙钛矿之间的结合并不牢固，TiO₂/钙钛矿界面处的电荷容易累积，这还会造成钙钛矿薄膜的稳定性劣化。因此，关于调控钙钛矿太阳电池界面的研究是钙钛矿电池研究领域的一个热点。

发明内容

本发明的目的：针对钙钛矿太阳电池界面处缺陷导致的器件光电转换效率不高和稳定性不佳等问题，开发一种双层钙钛矿异质结结构(CH₃NH₃PbI_3-XCl_X/CH₃NH₃PbI₃)，从而利用CH₃NH₃PbI_3-XCl_X层修饰TiO₂和CH₃NH₃PbI₃的界面，提高器件的光电转换效率和稳定性。

本发明的技术方案：为提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率和稳定性，提供一种器件界面的修饰方法。该方法利用CH₃NH₃PbI_3-XCl_X作为界面修饰层材料，其制备方法包括：

(1)清洗FTO玻璃：将FTO玻璃依次放入去离子水、丙酮和乙醇中分别超声清洗半小时，氮气吹干，再用氧等离子体处理10min；

(2)制备TiO₂致密层：将清洗好的FTO玻璃浸入200mM的TiCl₄水溶液中，在70℃下加热1h，之后用水和乙醇反复冲洗，氮气吹干，在100℃下干燥1h，得到FTO/TiO₂；

(3)在手套箱中配制空穴传输材料溶液：首先将Li-TFSI溶解于乙腈中配置浓度为520mg/ml的Li-TFSI溶液，再将72.3mg的spiro-MeOTAD、28.8ul的4-叔丁基吡啶和17.5ul的Li-TFSI溶液溶入1ml氯苯中，搅拌12h，得空穴传输材料溶液；