[发明专利]一种有机金属卤化物钙钛矿太阳电池的界面修饰方法

说明书

本发明属于太阳电池领域，具体涉及一种有机金属卤化物钙钛矿太阳电池的界面修饰方法，提出了一种修饰有机金属卤化物钙钛矿太阳电池中钙钛矿晶粒界面和钙钛矿/空穴传输层界面的方法。向制备电池用的反溶剂中添加酞菁，通过酞菁分子与钙钛矿前驱体阳离子间的弱相互作用，使酞菁分子附着在钙钛矿晶粒界面和钙钛矿/空穴传输层界面。相对于无酞菁界面修饰的钙钛矿太阳电池，修饰后的钙钛矿太阳电池在大气环境下和光照下的稳定性得到大幅提升，而且对应的电池效率也更高。该方法对未来钙钛矿太阳电池的产业化具有重要的意义。该方法可改善有机金属卤化物钙钛矿层在大气环境下和光照下的稳定性，并提高钙钛矿太阳电池的效率。

技术领域

本发明属于太阳电池领域，特指一种用于有机金属卤化物钙钛矿太阳电池的界面修饰方法。

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23％，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空穴传输材料中添加了易吸水的锂盐，造成了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，开发了一种利用酞菁分子修饰钙钛矿晶粒界面和钙钛矿/空穴传输层界面的方法，从而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。该方法利用酞菁分子作为界面修饰层材料，其制备方法包括：

1)清洗FTO玻璃：将FTO玻璃依次放入洗衣粉溶液、去离子水、丙酮和乙醇中分别超声清洗半小时，氮气吹干，再用紫外臭氧处理15min；

2)制备TiO₂电子传输层：将2.25ml TiCl₄缓慢滴加到100ml去离子水制成的冰面上，待冰融化后得到TiCl₄水溶液，将步骤1)清洗好的FTO玻璃浸入TiCl₄水溶液中，在70℃下加热1h，之后用水冲洗，氮气吹干，在100℃下干燥1h，获得FTO/TiO₂；

3)配制钙钛矿前驱体溶液：首先称取208.30mg甲脒氢碘酸盐(FAI)，587.79mgPbI₂溶入1ml混合溶剂(N,N-二甲基甲酰胺(DMF):二甲基亚砜(DMSO)＝4:1(v/v))中配制成A溶液；然后取159.6mg甲胺氢溴酸盐(MABr)，550.5mg PbBr₂溶入1ml混合溶剂(DMF:DMSO＝4:1(v/v))中配制成B溶液；然后取77.94mg CsI溶入400μl DMSO溶剂中配制成C溶液。将A、B、C三种溶液分别搅拌8h至均匀溶解，最后分别取A、B、C三种溶液880μl、132μl、88μl混合成溶液D，并再搅拌8h，得到钙钛矿前驱体溶液。

4)添加酞菁的反溶剂溶液的配制：称取0.01-10mg酞菁添加至1ml苯甲醚中，搅拌8h至其完全溶解，得到添加有酞菁的反溶剂溶液。

5)空穴传输层溶液：首先将Li-TFSI(Lithium-bis(trifluoromethanesulphonyl)imide)溶解于乙腈中制得浓度为520mg/ml的Li-TFSI溶液，再将72.3mg spiro-MeOTAD(2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spiro-bifluo rene)、28.8ul4-叔丁基吡啶和17.5ul Li-TFSI溶液溶入1ml氯苯中，搅拌12h，得到空穴传输层溶液；