[发明专利]一种生物友好的碳量子点修饰电子传输层诱导钙钛矿下表面结晶的方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，提供了一种生物友好的碳量子点修饰电子传输层诱导钙钛矿下表面结晶的方法。本发明采用操作简单有效的方式，低温条件下，在SnO₂中引入一种碳材料，这种复合ETL更有利于电荷传输，且能钝化SnO₂表面和内部的缺陷，得到传输性能更好、界面复合损失更小的ETL。这对电子传输层和钙钛矿下表面的优化、提高PSCs的PCE和稳定性具有一定的推动作用。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，涉及一种生物友好的碳量子点修饰电子传输层诱导钙钛矿下表面结晶的方法。

背景技术

新型钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells，简称PSCs)是近年来发展迅猛，有望突破现有技术局限，为清洁太阳能源的开发和高效利用提供变革型技术支撑，受到了学术界和产业界的极大关注。作为一类直接带隙半导体材料，金属卤化物钙钛矿材料具有一系列优异的光电特性，且通过简易低成本的溶液方法即可生长，使其在光伏领域大放光彩。小面积单结PSCs的光电转换效率(PCE)记录已高达25.7％[Science 2022,375,302-306]，已成为低成本高效率太阳电池的领跑者和最受期待的新型光伏技术之一。在PSCs中，电子传输层(ETL)对光生载流子的有效传输和提取起着至关重要的作用，因此对器件的PCE和运行稳定性具有重要意义。目前，尽管SnO₂作为PSCs中常用的ETL，但是也存在着和钙钛矿层能级排列不理想，且不可避免地会在ETL/钙钛矿界面形成缺陷态，导致载流子的非辐射复合，进而影响器件的PCE和长期稳定性[Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,11497]。

发明内容

本发明提供了一种碳量子点(CQDs)埋在SnO₂中形成复合ETL，制备高效率和高稳定性钙钛矿太阳能电池的方法，由于CQDs表面带有一些有机官能团，比如：羧基、羟基、氨基等；这些有机官能团和SnO₂相互作用，改善了SnO₂的电学性能，减少缺陷的同时和钙钛矿能级排列更加匹配，减少了载流子传输过程中的能量损失。这种复合ETL还能直接增大钙钛矿下表面的晶粒尺寸，得到更加平整的钙钛矿薄膜，缺陷更少质量更高的钙钛矿薄膜有助于效率和稳定性的提高。

本发明的技术方案：

一种生物友好的碳量子点修饰电子传输层诱导钙钛矿下表面结晶的方法，步骤如下：

步骤(1)、制备碳量子点；

将中性红和柠檬酸按照1：1000的摩尔比均匀溶解在去离子水中，经过5～15min超声分散后转移到水热釜中，在150～200℃温度条件下反应3～6h，使用15000～18000rpm三次离心洗涤得到CQDs水溶液，然后经过冷冻干燥得到CQDs粉末；

步骤(2)、清洗导电基底；

首先用FTO清洗剂清洗导电基底表面，再分别使用去离子水、无水乙醇、丙酮、异丙醇分别超声清洗15～25min，氮气吹干待用；

步骤(3)、制备CQD-SnO₂ETL；

将步骤(2)得到的导电基底紫外臭氧处理15-30min待用；在5wt％的SnO₂水溶液中添加CQDs，CQDs的浓度为0.5-3wt％，经过震荡，使用0.22μm的有机针式滤器过滤后得到CQD-SnO₂分散液；

将CQD-SnO₂分散液滴在紫外臭氧处理后的导电基底上，均匀铺展后使用3000～5000rpm/min旋涂程序将CQD-SnO₂分散液均匀地覆盖导电基底，随后在120～180℃的热板上退火20～60min，得到CQD-SnO₂复合ETL；