[发明专利]一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。由ITO导电玻璃衬底、PEDOT:PSS空穴传输层、碳量子点掺杂反溶剂钙钛矿活性层、C₆₀/BCP复合电子传输层、Ag阳极组成，且在钙钛矿活性层的制备过程中滴加碳量子点掺杂的甲苯反溶剂。本发明通过水热方法合成环保型碳量子点材料，将该碳量子点材料掺杂进入甲苯反溶剂中，在钙钛矿活性层旋涂生长过程中，利用反溶剂清洗在钙钛矿薄膜内引入一定量的碳量子点材料，利用碳量子点钝化晶界缺陷，消除薄膜内离子运输，进而消除光浸润现象。同时，利用碳量子点材料高的导电性提高钙钛矿薄膜导电能力，提高载流子传输，进而提高器件性能。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池起源于传统敏化太阳能电池，具有清洁、便于应用、制造成本低和效率高等显著优点，尽管钙钛矿太阳能电池已经实现较大的能量转换效率，晶粒间隙的存在使得离子传输造成光浸润现象，因此阻碍了电池中电荷传输，影响其性能提高。世界各地的研究人员尝试通过各种方法解决这一问题，例如，加入PCBM修饰层，蒸镀钝化材料等，这些方法尽管一定层度上提高器件性能，但高的成本或者复杂的蒸镀过程难以进行大规模商业化生产。而在本发明中通过简单水热方法合成低成本环保型碳量子点材料，将其掺杂进入钙钛矿电池制备过程中的反溶剂中，通过反溶剂处理，钝化钙钛矿层晶界缺陷，提高载流子传输，进而提高钙钛矿电池性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明所述的一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下至上，依次由ITO导电玻璃衬底、PEDOT:PSS空穴传输层、碳量子点掺杂反溶剂钙钛矿活性层、C₆₀/BCP复合电子传输层、Ag阳极组成，即结构为玻璃/ITO/PEDOT：PSS/钙钛矿/C₆₀/BCP/Ag，在钙钛矿活性层的制备过程中滴加碳量子点掺杂的甲苯反溶剂。

本发明通过简单的水热方法合成环保型碳量子点材料，将该碳量子点材料掺杂进入甲苯反溶剂中，在钙钛矿活性层旋涂生长过程中，利用反溶剂清洗在钙钛矿薄膜内引入一定量的碳量子点材料，利用碳量子点钝化晶界缺陷，消除晶界之间离子运输的发生，进而消除光浸润现象。同时，利用碳量子点材料高的导电性提高钙钛矿薄膜导电能力，提高载流子传输，进而提高器件性能。其中，钙钛矿活性层的厚度为250～350nm，碳量子点的尺寸为6～9nm。

本发明所述的一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池的制备方法。包括：1、碳量子点合成；2、PEDOT：PSS空穴传输层的制备；3、钙钛矿活性层的制备；4、C₆₀/BCP电子传输层的制备；5、Ag电极的制备。

具体步骤为：

1)碳量子点掺杂的甲苯反溶剂的制备

室温下，将2.5～3.5g柠檬酸与5～7g尿素加入5～15mL超纯水中，在400～600rpm的搅拌速度下搅拌1～3h，再超声搅拌20～40min至形成溶液；将过滤后得到的透明澄清溶液在500～900W微波条件下反应4～10min，反应后的溶液变为棕色，将该棕色溶液在55～65℃温度下旋转蒸发5～8h，然后再在-80～-50℃条件下冷冻干燥45～50小时；

将上一步产物加入到25～35mL、100mg/mL的KOH水溶液中，搅拌25～35min，在12000～16000r/min转速下离心13～17min；然后向所得沉淀物中加入8～12mL水，在12000～16000r/min转速下离心13～17min；重复向所得沉淀物中加入水然后离心操作1～2次，最后在-80～-50℃条件下冷冻干燥45～50小时；