[发明专利]一种以MoS2

说明书

本发明公开了一种以MoS₂纳米片钝化光敏层相邻界面的钙钛矿光伏电池及其制备方法。该电池依次包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿光敏活性层、空穴传输层和金属电极；还包括界面钝化层，其中界面钝化层为MoS₂纳米片；MoS₂纳米片通过球磨法制备得到；界面钝化层位于电子传输层和钙钛矿光敏活性层之间，或钙钛矿光敏活性层和空穴传输层之间。本发明通过简单球磨法所得MoS₂纳米片具有较大比表面积和介孔，有效地增大与钙钛矿光敏层和界面层的接触，增加载流子的迁移通道，降低载流子在界面处堆积，平衡界面层对各自载流子抽取率，减少界面复合，从而开发出效率高、寿命长、成本低、稳定性好、高效界面调控技术及其相应光伏器件。

技术领域

本发明属于薄膜材料与器件领域，具体涉及一种以二维材料MoS₂纳米片钝化空穴传输层/光敏层或电子传输层/光敏层间界面的钙钛矿光伏电池及其制备方法。

背景技术

直到2021年，钙钛矿光伏电池(PSCs)最高效率已经突破25％(https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)，在商业化发展过程中，稳定性受到极大关注。为了提高电池器件的效率和稳定性，除了制备高质量的钙钛矿光敏层外，恰当的界面修饰与钝化(包括电子/空穴传输界面层制备、掺杂及相关界面修饰等)在电池器件制备与研究过程中至关重要。

目前，国内外已经报道很多关于钙钛矿光敏层的相关界面修饰与钝化成果(Chem.Rev.2020,120,15,7867–7918)。对于界面工程，一般有两种不同的策略，一种是用各种材料加入到有机或钙钛矿活性层中去，对其进行化学改性或处理，能够起到钝化表面和块状缺陷，调节界面能量学的作用(Adv Mater 2020,32:e2004630；Adv Mater 2020,32,e2000865；Solar RRL 2020,4)；另一种是在PSCs中加入合适的界面层，从而得到减轻界面复合损失，协助载流子传输和萃取，提高电荷收集效率的效果(Adv.Mater.Inter.2020,7.Adv.Funct.Mater.2016,26,5400)。这界面工程用到的材料包括有机和无机材料，例如过渡金属硫化物、碳化物、氮化物和铜基半导体，它们有希望作为电子传输层或空穴传输层依赖于其能量水平和载流子流率值。在研究过程中，用于界面钝化的这些材料有合成繁琐，成本高，载流子迁移率较低、酸性、亲水性等缺陷，严重阻碍这类材料适应钙钛矿电池大规模商业化发展，必须寻找理想的界面修饰/钝化材料(Adv.Energy Mater.2020,2000910)。

金属硫化物通常表现出超强的光物质相互作用和较高的载流子迁移率，因此被广泛应用于PSCs中作为电子传输层和空穴传输层与钙钛矿层结合。胡等人以PbS胶体量子点为有效的空穴传输材料，构建了平面异质结钙钛矿太阳能电池。根据量子约束效应，他们通过控制PbSCQDs的尺寸控制，设计了CH3-NH3PbI₃/CQDHTM界面的能带对准，实现了较高的转换效率，并将钙钛矿太阳能电池的吸收光谱扩展到红外区域(J.Mater.Chem.A 2015,3,515)。刘等人通过溶液法沉积金属硫化物CdS作为电子传输层，他们发现在钙钛矿与电子传输层之间的界面处发生导带偏移，这对于减少电荷传输和收集的能量损失非常重要。光伏性能和阻抗光谱表明，CdS层的存在可以有效的收集和减少了重组(J.Mater.Chem.A 2015,3,11750)。