[发明专利]一种钙钛矿电池中铜锌锗硫空穴传输层的制备方法及包含该空穴传输层的钙钛矿电池

说明书

本发明属于光电子材料与器件领域，具体涉及一种钙钛矿电池中铜锌锗硫空穴传输层的制备方法及包含该空穴传输层的钙钛矿电池。首先使用一锅法合成得到铜锌锗硫纳米晶；然后使用正己烷和乙醇对铜锌锗硫纳米晶进行清洗；接着使用己硫醇对铜锌锗硫纳米晶进行表面处理；最后将处理后的铜锌锗硫纳米晶分散到己硫醇中，通过旋涂的方法沉积到钙钛矿薄膜表面，在100℃下加热干燥，得到铜锌锗硫空穴传输层。基于该铜锌锗硫空穴传输层的碳对电极钙钛矿电池，由下至上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、铜锌锗硫空穴传输层和碳对电极，其光电转换效率可以达到18.02%，同时该结构的电池表现出优异的稳定性。

技术领域

本发明属于光电子材料与器件领域，具体涉及一种钙钛矿电池中铜锌锗硫空穴传输层的制备方法及包含该空穴传输层的钙钛矿电池。

背景技术

传统的钙钛矿太阳能电池通常由透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和贵金属对电极组成。空穴传输层通常使用小分子材料Spiro-OMeTAD。贵金属对电极通常为金或者银。Spiro-OMeTAD热稳定性较差，而且所需的锂盐掺杂可能会带来潜在的稳定性问题。同时，贵金属金和银的成本较高。

为了解决上述问题，研究人员提出了无空穴传输层结构的碳对电极钙钛矿电池，该结构的电池具有极低的制造成本，同时电池的稳定性显著得到提高。但是，由于缺少空穴传输层，该结构的电池光电转换效率偏低。研究结果表明，在碳对电极钙钛矿电池中引入合适的空穴传输层，能够显著提高碳对电极钙钛矿电池的光电转换性能，同时钙钛矿电池依然具有优异的稳定性。碳对电极钙钛矿电池中常用的空穴传输层材料有Spiro-OMeTAD，CuPc和CuSCN，相应钙钛矿电池的光电转换效率在17.46%~19.2%之间，但是上述材料的原料成本较高（主要是Spiro-OMeTAD），制备工艺复杂（热蒸发、压力转移法）。新型的Co₃O₄，SnPc，CuIn_0.75Ga_0.25S₂等无机空穴传输层材料能够使用低成本的溶液方法制备，但是相应的钙钛矿电池光电转换效率仅仅只有11.2%~16.45%。在中国发明专利申请（CN110808333A）中，Cu₂ZnSn(SSe)₄纳米晶材料作为空穴传输层应用到钙钛矿电池中，获得了16.73%的光电转换效率。但是，Cu₂ZnSn(SSe)₄纳米晶的禁带宽度只有1.6 eV左右，无法有效阻挡钙钛矿和空穴传输层之间的载流子复合。另外，现有技术记载的基于无机空穴传输层的碳对电极钙钛矿电池的光电转换效率偏低。

发明内容

为了解决现有技术中基于无机空穴传输层的碳对电极钙钛矿电池光电转换效率偏低的问题，本发明提供了一种成本低廉、化学性质稳定的铜锌锗硫空穴传输层的制备方法。基于该铜锌锗硫空穴传输层制备的碳对电极钙钛矿电池光电转换效率可以达到18.02%，同时该结构的电池表现出优异的稳定性。

本发明的一种钙钛矿电池中的铜锌锗硫空穴传输层的制备方法，其制备步骤如下：

S1：使用一锅法（one-pot method）合成铜锌锗硫纳米晶；

S2：使用正己烷和乙醇对铜锌锗硫纳米晶进行清洗；

S3：使用己硫醇对铜锌锗硫纳米晶进行表面处理；

S4：将处理后的铜锌锗硫纳米晶分散到己硫醇中，然后使用匀胶机旋涂到钙钛矿薄膜表面；

S5：在100℃下加热干燥，得到最终的铜锌锗硫空穴传输层。

其中，步骤S1中铜锌锗硫纳米晶的合成方法为一锅法，一锅法的具体步骤为：

1.1：在充满氩气的手套箱中，将GeCl₄、CuCl₂·2H₂O、ZnCl₂加入到装有油胺的三口烧瓶中；