[发明专利]一种界面修饰的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于光电功能材料与器件技术领域，具体涉及一种界面修饰的钙钛矿型太阳能电池（PSC，Perovskites Solar Cells）。

背景技术

现如今世界化石燃料不久将面临枯竭危机，清洁可再生能源已成为全球各国的重要研究课题。在这样的大环境下，钙钛矿染料敏化太阳能电池发展迅猛。2009年，Tsutomu Miyasaka和其同事最先使用了钙钛矿结构的CH₃NH₃PbI₃作为吸光材料，但同时使用离子电解液，只达到了3.8%的光电转化效率。2011年，Nam-Gyu Park研究组使用了CH₃NH₃PbI₃量子点和液体电解质制备电池，将效率提高到了6.54%。2012年，Henry Snaith研究组率先用绝缘体氧化铝（Al₂O₃）取代的介孔TiO₂作为电子传输层，使用2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）材料作为固态空穴传输层，将光电转化效率提高到了10.9%。最近，使用低温退火方法制备的氧化锌（ZnO）作为电子传输层将效率提高到15.7%，而使用石墨烯/二氧化钛（Graphene/TiO₂）作为电子收集层将光电转换效率分别提高到了15.6%。在上述这些光电转化效率较高的研究中，作为电子传输性致密层的金属氧化物如Al₂O₃、TiO₂、ZnO等起到了重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，不再使用金属氧化物致密层作为电子传输层，而是通过修饰底电极的表面能级，实现底电极与钙钛矿活性层的最佳匹配，从而简化器件的制备步骤，降低器件成本。

本发明的钙钛矿型太阳能电池，包括依次层叠的透明衬底、透明底电极、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极，其中所述透明底电极是经过界面修饰的透明底电极，即其与钙钛矿吸光层接触的界面被铯盐修饰过。

适用于本发明钙钛矿太阳能电池的衬底材料有玻璃、柔性塑料等透明材料。透明底电极位于透明衬底的内侧表面上，透明底电极的材料可以是氧化铟锡（ITO）、掺氟的氧化锡（FTO）等常用的透明电极材料。常采用ITO导电玻璃或FTO导电玻璃作为衬底和透明底电极。底电极的界面修饰材料是铯盐，例如碳酸铯（Cs₂CO₃）、醋酸铯（CH₃COOC_s）、碘化铯（CsI）、氯化铯（CsCl）等，将适当浓度的铯盐溶液旋涂在底电极表面，以修饰底电极的表面能级。

本发明还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1）制备透明衬底及其上的透明底电极；

2）用铯盐处理透明底电极表面，得到界面修饰的透明底电极；

3）在界面修饰的透明底电极上制备钙钛矿吸光层；

4）在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；

5）在空穴传输层上制备顶电极。

上述步骤1）可采用ITO导电玻璃或FTO导电玻璃作为衬底和透明底电极。

上述步骤2）对透明底电极进行界面修饰的方法可以是将适当浓度的铯盐溶液旋涂在底电极表面。根据铯盐溶液的浓度和旋转速度，可以选择一次或多次旋涂，每次旋涂后干燥处理，可选的，最后一次旋涂并干燥后采用紫外臭氧处理1～5分钟。铯盐溶液的溶剂可以是2-乙氧基乙醇（C₄H₁₀O₂）等醇类试剂，例如用0.01%～10%（g/mL）浓度的碳酸铯的2-乙氧基乙醇溶液。每次旋涂干燥后再进行下一次的旋涂处理。

作为本发明的一种实施方式，在对所述透明底电极进行界面修饰处理时，将0.5%的碳酸铯的2-乙氧基乙醇溶液通过3次旋涂于底电极表面，每次旋涂完成后进行加热烘干处理，如在100～150℃加热2～10分钟；优选地，多次旋涂之后，进行最后的加热烘干处理，然后用紫外臭氧处理1～5分钟。