[发明专利]一种调控钙钛矿层晶体生长的方法及其在太阳能电池中的应用

说明书

本发明公开了一种调控钙钛矿层晶体生长的方法，在阳极界面层表面制备修饰层，然后在修饰层表面制备钙钛矿层；所述修饰层为2,2'‑联吡啶、4,4'‑联吡啶、1,10‑菲罗啉、乙二胺四乙酸中的一种或多种。本发明易与引入添加剂、混合溶剂体系、使用反溶剂等方法结合，能够更为有效的获得均一性、高覆盖率的薄膜以及大的晶体尺寸，有助于进一步提高倒置钙钛矿太阳能电池效率，对于推进钙钛矿太阳能电池的商业化进程具有重要意义。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种调控钙钛矿层晶体生长的方法及其在太阳能电池中的应用。

背景技术

基于有机-无机杂化钙钛矿活性材料的太阳能电池具有的化学通式为AMX3，A代表Cs，CH₃NH₃(MA)或者HC(NH₂)₂(FA)，M代表Pb或者Sn，X代表卤素Cl，Br，I。传统质子型有机-无机钙钛矿MAPbI3具有四方结构和1.4eV～1.6eV的能带宽度，其中通过元素取代MA，Pb，或者I位置的元素能够合成一类的钙钛矿结构。由于有机-无机杂化钙钛矿太阳电池具有吸收强、迁移率高、载流子寿命长和可低成本溶液加工等潜在优势，成为太阳能利用领域新的重要研究方向。目前，其实验室小面积器件的能量转换效率已从2009年报道的3.8％(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)提高至22.1％(NREL,Best Research-CellEfficiencies,http://www.nrel.gov,accessed:November 2016)，模块器件的能量转换效率可达8.7％(Energy Environ.Sci.2014,7,2642)，成为最有潜力的太阳电池技术。调控钙钛矿层的形貌，如均一性、高覆盖率和大的晶体尺寸，是获得高效率太阳能电池的关键。较为常用的调控方法包括引入添加剂、混合溶剂体系、使用反溶剂等。然而，目前这些方法对于改善钙钛矿形貌的效果有限，发展新的钙钛矿层晶体生长策略，并同时结合上述方法将有助于进一步提高太阳能电池效率。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种调控钙钛矿层晶体生长的方法。通过改善钙钛矿的成核过程，从而有效的控制钙钛矿晶体生长，再结合现有的调控方法，如混合溶剂体系、使用反溶剂等方法，有效的提高倒置钙钛矿太阳能电池效率。

本发明的第二个目的是提供所述方法在制备太阳能电池中的应用。

本发明的第三个目的是提供一种钙钛矿太阳能电池器件。

本发明的第四个目的是提供所述钙钛矿太阳能电池器件的制备方法。

本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种调控钙钛矿层晶体生长的方法，是在阳极界面层表面制备修饰层，然后在修饰层表面制备钙钛矿层；所述修饰层为2,2'-联吡啶、4,4'-联吡啶、1,10-菲罗啉、乙二胺四乙酸中的一种或多种。

本发明研究发现，在阳极界面层表面修饰一层2,2'-联吡啶、4,4'-联吡啶、1,10-菲罗啉或乙二胺四乙酸中的一种或多种后，再在修饰层上制备钙钛矿层，修饰后的钙钛矿薄膜形貌明显优于NiOx层未修饰的钙钛矿薄膜，引入上述的修饰层后，可调控钙钛矿的成膜性，使得钙钛矿的晶体形貌变好，电化学性能得到提高。

具体地，是在保护性气氛下，将修饰层溶液旋涂在阳极界面层上，制得修饰层；再在修饰层上旋涂钙钛矿溶液，制得钙钛矿层。

优选地，所述钙钛矿层的钙钛矿结构为ABX3，其特征在于，A为Pb、Sn中的任一种或两种，B为MA、FA、Cs中的任一种或两种，X为Cl_pBr_qI_3-p-q，p、q的取值范围为0～3。