[发明专利]一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池

说明书

本发明公开了一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿薄膜、其制备方法及太阳能电池；所述薄膜是以常用的钙钛矿电池的电子传输层为基底，在该基底上采用两步法制备CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜，之后在CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜上修饰一层有机小分子化合物苯乙酮。制备方法包括：在SnO₂基底上使用两步法制备CH₃NH₃PbI₃薄膜，再将苯乙酮旋涂在CH₃NH₃PbI₃薄膜上，该薄膜可用于钙钛矿太阳能电池中。本发明通过苯乙酮修饰CH₃NH₃PbI₃/spiro‑OMeTAD空穴传输层界面，钝化了CH₃NH₃PbI₃薄膜在制备过程中表面产生的未配位Pb²⁺，降低了CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜的缺陷密度。将苯乙酮修饰于CH₃NH₃PbI₃薄膜上能够防止水分渗入钙钛矿，抑制钙钛矿的降解，改善薄膜的稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池的制备技术领域，具体涉及一种有机小分子化合物界面修饰的钙钛矿光吸收层的制备方法，尤其涉及钙钛矿太阳能电池光吸收层/空穴传输层的界面工程。

背景技术

太阳能是一种优良的新型可再生能源。太阳能具有分布广泛、取之不尽、用之不竭、易于获得、污染小、可持续发展的特点，被认为在未来将有望替代传统化石能源，缓解严重的能源危机以及环境污染问题，在促进人类社会能源结构的转型，实现人类社会的可持续发展方面具有很大潜力。太阳能电池能够直接将太阳能转化为电能，实现太阳能的有效利用，成为近年来备受关注的新能源转换技术。自从20世纪50年代太阳能电池面世以来，目前的太阳能电池可以分为三代：以晶硅太阳能电池为代表的第一代太阳能电池，以碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)薄膜太阳能电池为代表的一系列第二代太阳能电池，以染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池等为代表的第三代太阳能电池。目前，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已达到25.5％。钙钛矿太阳能电池以其光电转换效率高、制备方法简单多样、制备成本相对较低、应用范围广泛等优点而备受关注，具有广阔的发展前景。CH₃NH₃PbI₃钙钛矿材料是一种直接带隙半导体材料，其带隙约为1.55eV，具有吸光系数高、激子束缚能小、载流子迁移率高、载流子扩散长度长、能够双极性传输载流子的特点,被广泛应用于制备钙钛矿太阳能电池的光吸收层。但是CH₃NH₃PbI₃薄膜在制备和使用过程中存在以下问题：①CH₃NH₃PbI₃薄膜表面的甲胺离子和碘离子在退火过程中会挥发，导致CH₃NH₃PbI₃薄膜表面的表面铅原子配位不足，在表面形成未配位的Pb²⁺。薄膜表面的未配位Pb²⁺是一种深能级缺陷，在钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿光吸收层/空穴传输层界面作为非辐射复合中心，捕获光生载流子。被缺陷捕获的载流子会造成界面处的电荷积累，导致界面处的电荷复合以及能带弯曲，进而改变界面处的能级排布，影响载流子在界面处的提取与传输，使器件的光电转换效率和稳定性变差。②CH₃NH₃PbI₃薄膜对环境中的水分十分敏感，水分渗入CH₃NH₃PbI₃薄膜会与甲胺离子CH₃NH₃⁺形成氢键，打断甲胺离子与[PbI₆]八面体之间的键合，破坏钙钛矿结构，加速CH₃NH₃PbI₃的去质子化过程，造成CH₃NH₃PbI₃薄膜的降解，影响CH₃NH₃PbI₃基钙钛矿太阳能电池的稳定性。