[发明专利]一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明提供一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，通过将多羟基材料溶解在固定体积的PEDOT:PSS水溶液中，制备成PEDOT：PSS和多羟基材料混合溶液，然后将其旋涂至电极上，经退火形成平整光滑的空穴传输层，在此空穴传输层上通过一步旋涂法制备锡基钙钛矿薄膜，再经退火处理后形成平整致密无针孔的钙钛矿薄膜。基于本发明所制备的锡基钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率和良好的器件稳定性。

技术领域

本发明具体涉及一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种基于多羟基材料掺杂空穴传输层的锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池，属于光电材料与器件技术领域。

背景技术

伴随着经济发展和科学进步，常规能源在逐渐枯竭，由此引发的环保压力也日渐增大。面对这一问题，开发利用可再生能源迫在眉睫。在可再生能源中，风能、水能、潮汐能、地热能等受地理环境因素影响较大，而太阳能基本没有这些限制，是一种理想的绿色可再生能源。对太阳光的利用主要通过光热、光热电、光电转换的方式来实现，其中太阳能电池就是一种能够实现光电转换的器件，而钙钛矿型太阳能电池，是利用钙钛矿型的金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

钙钛矿晶体的一般化学式为ABX₃，其中：A为有机阳离子，常见的有甲胺阳离子MA⁺、甲脒阳离子FA⁺等，位于立方晶格顶角位置；B为金属阳离子，包括Pb、Sn、Sr等，位于八面体基团[BX₆]^4-的体心位置；X为卤素阴离子，主要是I^-、Br^-、Cl^-，位于八面体顶角位置。经过多年的研究改进，钙钛矿太阳能电池已经具有光电转换效率高、载流子扩散长度长、迁移率高、光电转换材料廉价易得等优点。其中以铅基钙钛矿太阳能电池的发展最为突出，实验室的效率值已经突破25.5％。

铅基钙钛矿太阳能电池使用的钙钛矿材料主要是甲胺碘化铅(CH₃NH₃PbI₃)，这一材料的带隙约为1.5eV，具有高的消光系数，吸光波段覆盖整个可见光谱范围，是一种极佳的钙钛矿太阳能电池核心吸光材料。然而，铅元素的毒性一直是限制铅基钙钛矿太阳能电池进一步商业化发展的阻碍，这使得许多的研究者都在探究寻找可以替代Pb元素作为ABX₃中B位的取代元素，以开发无毒环保的无铅钙钛矿太阳能电池。

目前已经被开发利用的无铅元素包括Sn、Bi、Sb、Cu、Ge等。其中，Sn元素制备所得到的钙钛矿材料以合适的光学带隙(1.2-1.4eV)、高的光吸收系数、低的激子结合能以及高载流子迁移率(10²-10³cm²V^-1s^-1)等优异的光学性能在众多环境友好型无铅钙钛矿中脱颖而出，然而Sn基钙钛矿材料在其制备过程中仍然普遍存在着膜层质量差、稳定性差、开路电压低等问题，减缓了其产业化应用进程，例如，此前Yan及其同事使用溶剂工程方法制备了反式平面异质结结构的锡基钙钛矿太阳能电池，记载于公开文献Liao W,Zhao D,Yu Y,etal.Lead-free inverted planar formamidinium tin triiodide perovskite solarcells achieving power conversion efficiencies up to 6.22％[J].AdvancedMaterials,2016,28(42):9333-9340.，采用了聚3,4-乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐薄膜(以下简称PEDOT:PSS)作为空穴传输层，然而由于快速的结晶成核，其钙钛矿薄膜表面存在很多孔洞导致了增多的载流子复合中心，基于此的电池开压与电流均被抑制，最终效率仅有6.22％。

发明内容