[发明专利]一种双异质结钝化钙钛矿电池界面的制备方法及应用

说明书

本发明提供了一种双异质结钝化钙钛矿电池界面的制备方法及应用，涉及钙钛矿电池技术领域。该钙钛矿电池界面的制备方法为利用金属离子掺杂修饰TiOsubgt;2/subgt;薄膜传输层，在此薄膜基础之上制备SnOsubgt;2/subgt;薄膜，在SnOsubgt;2/subgt;薄膜表面旋涂一层含氧酸阴离子，形成TiOsubgt;2/subgt;/SnOsubgt;2/subgt;/含氧酸阴离子双异质结电子传输层；或直接将含氧酸阴离子添加至SnOsubgt;2/subgt;溶液中，形成TiOsubgt;2/subgt;/SnOsubgt;2/subgt;@含氧酸阴离子双异质结电子传输层。将该双异质结电子传输层应用于制备钙钛矿太阳能器件中，叠加界面层的修饰，以钝化钙钛矿与电子传输层的界面，减少界面缺陷，降低界面处载流子的非辐射复合，从而提升钙钛矿电池的效率及稳定性，提升电子传输层的传输能力。

技术领域

本发明属于钙钛矿电池技术领域，具体涉及一种双异质结钝化钙钛矿电池界面的制备方法及应用。

背景技术

光伏发电作为一种可再生能源已经成为各国新能源开发的重要方向之一。光伏技术从一代硅太阳电池、二代砷化镓薄膜，发展到如今的有机化合物太阳电池、染料敏化太阳电池(DSSC)、钙钛矿电池等新型太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池属于第三代新兴太阳能电池，其成本低、原料来源丰富、具有功率转换效率高等优势，逐渐成为光伏行业电池技术以及学术界的研究热点之一。虽然钙钛矿电池具有以上的优势，但是，钙钛矿电池仍然有许多问题没有得到解决；比如：钙钛矿在热、氧、紫外光以及水等条件下呈现不稳定性；并且，由于钙钛矿电池中界面能级不匹配、界面缺陷引起的载流子复合导致电池的效率和稳定性降低，这是电池效率降低的重要原因。阻碍钙钛矿电池效率的提升是钙钛矿电池进一步高效率生产和应用所面临的重要问题之一。

目前，迫切需要开发一系列的界面优化方案，以钝化界面缺陷、调节界面能带排列及调控钙钛矿结晶以管理界面载流子。中国发明专利CN113611802A公开了一种通过有机小分子修饰的钙钛矿太阳能电池、制备方法及应用，在该发明中，电子传输层为TiO₂或SnO₂薄膜，使用具有R1-CH＝CHCOO-R2结构的有机小分子修饰剂，比如，丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸甲酯等，修饰剂与离子液体配合来修饰卤化物钙钛矿，提高其光电特性，效率从修饰前的20％提升至22.4％。

中国发明专利CN115513383A公开了一种通过官能团协同效应稳定钙钛矿/电子传输层界面的方法及其在太阳能电池中的应用，通过在钙钛矿吸光层和电子传输层之间添加界面改性分子：包含钾阳离子(K+)和有机阴离子，其中有机阴离子同时含有磺酰基和氟官能团来稳定钙钛矿吸光层和电子传输层之间的界面。其中，界面改性分子为双三氟磺酰亚胺钾、双氟磺酰亚胺钾、甲基磺酸钾或氯化钾中的任意一种。该发明的界面优化方案能够有效钝化功能层及界面缺陷，调控碘化铅及钙钛矿薄膜的结晶，提升电池的效率及稳定性。其功率转换效率从21.2％提高到23.21％。

经过研究人员的不断研究，掺杂修饰传输层已被证实是获得高质量、稳定钙钛矿器件的有效策略之一。另外，通过在传输层和钙钛矿吸收层之间引入另外的能级梯度层也是调控钙钛矿中载流子传输一种新颖有效的方式。然而，依靠单一的钝化往往还不能取到最优的钝化性能。基于掺杂修饰传输层的基础之上，同时引入另一个梯度传输层对钙钛矿进行钝化将会达到双赢合作的性能。

鉴于此，本发明利用金属离子掺杂修饰TiO₂薄膜传输层，在此薄膜基础之上制备SnO₂薄膜，在SnO₂薄膜表面旋涂一层含氧酸阴离子，形成TiO₂/SnO₂/含氧酸阴离子双异质结电子传输层以钝化钙钛矿与电子传输层的界面，从而能提升电子传输层的传输能力，降低界面处的载流子复合，提升电池的效率。

发明内容