[发明专利]以六氟磷酸钾薄膜为界面钝化层的钙钛矿光伏电池

说明书

本发明公开了一种以六氟磷酸钾薄膜为界面钝化层的钙钛矿光伏电池。包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿光敏活性层、空穴传输层和金属电极；在电子传输层、钙钛矿光敏活性层之间设置有界面钝化层；或钙钛矿光敏活性层、空穴传输层之间设置有界面钝化层；或者电子传输层、钙钛矿光敏活性层、空穴传输层之间同时设置有界面钝化层；所述界面钝化层为六氟磷酸钾薄膜。本发明以KPF₆薄膜为界面钝化层，钝化钙钛矿光敏层相邻界面；利用钾离子A位替代，减少界面缺陷，抑制电子‑空穴复合，提高界面间的电荷转移，增大填充因子。利用氟基的疏水性，提高器件的疏水能力，提高器件稳定性。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及钙钛矿光伏电池。

背景技术

随着世界能源的匮乏，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源，已经受到了广泛的关注。应运而生的钙钛矿光伏电池在短短几年内，其最高效率从2009年的3.81％，增长到目前的的23.7％(https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)。前景非常好，商业应用的价值巨大。

传统的平面钙钛矿光伏电池是以ZnO,TiO2,或SnO2等为电子传输层。然而，ZnO对弱酸和弱碱相当敏感，极易与光敏层发生反应产生退化；TiO2电子迁移率低、需要高温烧结，它的催化活性使钙钛矿光伏电池容易遭受紫外光照射而退化(Q.Liu et al.,Adv.Funct.Mater.2016,26:6069)。最近研究发现SnO2的电子迁移率高、抗反射好、低的化学活性和催化活性、较低的烧结温度和较宽的带隙(W.Ke et al.,J.Am.Chem.Soc.2015,137:6730；J.P.Correa Baena et al.,Energ.Environ.Sci.2015,8:2928；Z.Zhu et al.,Adv.Mater.2016,28:6478)，是一个极佳的电子传输层材料。为了获得高质量的SnO2薄膜，溶液法、水热合成法、溅射法和原子层沉积法等方法都进行尝试。其中，以溶液法制备SnO2量子点应用于钙钛矿电池的电子传输层，相应电池效率高且比较稳定(G.Fang et al.,Adv.Mater.2018,30:1706023)。我们最新研究发现，SnO2量子点薄膜中存在3.3％Sn,8.7％Sn2+(Cl),84.5％Sn4+和3.5％Sn2+四种价态。单质Sn来源于复合盐，如:Sn(Tu)Cl2(Tu＝硫脲),退火过程中歧化反应的生成物。经UV-Ozone处理，Sn和Sn⁴⁺成分增加，Sn²⁺和Sn²⁺(Cl)成分的减少。这些表明SnO2量子点薄膜200℃的退火温度不够。如果提高退火温度，难以充分发挥其n型导电功能(L.Xiong et al.,Adv.Funct.Mater.2018,28:1706276)，并且造成成本上升。因而，很多学者利用界面修饰工程对SnO2电子传输层/钙钛矿光敏层间界面进行调控，如：有机分子(富勒烯及其衍生物,Z.Zhu et al.,Adv.Mater.2016,28:6478；X.Liu etal.,Adv.Energy Mater.2018,8:1800138)常常用于钝化这一界面。