[发明专利]一种提高钙钛矿太阳能电池的空穴吸收层耐腐蚀性的方法

说明书

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，公开了一种提高钙钛矿太阳能电池的空穴吸收层耐腐蚀性的方法。包括如下制备过程：（1）利用纳米金刚石粉对基板进行超声研磨处理，得到处理后的基板；（2）利用热丝法化学气相沉积工艺在基板上沉积掺硼金刚石薄膜；（3）将甲胺碘与碘化铅混合于DMF溶剂中制备钙钛矿前驱体，降温后旋涂于基底表面，退火处理，获得P‑I层，即实现了钙钛矿太阳能电池空穴吸收层耐腐蚀性的提高。本发明通过在基板表面沉积掺硼金刚石薄膜作为空穴传输层，耐腐蚀性好，空穴传输层与吸收层之间的载流子传导能力强，延长了PSC使用寿命的目的；并且利用一步合成工艺直接获得P‑I层，简化生产工艺，利于推广应用。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，公开了一种提高钙钛矿太阳能电池的空穴吸收层耐腐蚀性的方法。

背景技术

随着环保意识的逐渐增强和未来的能源枯竭危机，可再生能源的循环利用成为当今社会日益凸显的重要需求，对于太阳能的利用更是首当其冲。自21世纪初光伏产业走向市场以来，太阳能电池的转换效率已提高至20%以上，经历第一代硅基太阳能电池和第二代薄膜太阳能电池后，市场逐渐对第三代的有机-无机金属卤化物钙钛矿型太阳能电池(PSC)青睐有加。与第二代薄膜太阳能电池相比，PSC具有更宽的吸收光谱，更高的载流子迁移率，更低的成本和更简单的生产方法，目前报导最高的光电转换效率已达23.3%。

钙钛矿太阳电池的工作原理为：在光照下，能量大于光吸收层禁带宽度的光子将被光吸收层中材料吸收，同时使该层中价带电子激发到导带中，并在价带中留下空穴；由于光吸收层导带能级高于电子传输层的导带能级时，光吸收层中导带电子会注入到电子传输层的导带中。电子进一步运输至阳极和外电路，而光吸收层的价带能级低于空穴传输层的价带能级时，光吸收层中的空穴注入到空穴传输层；空穴运输到阴极和外电路构成完整的回路，其中，致密层的主要作用是收集来自钙钛矿吸收层注入的电子，从而导致钙钛矿吸收层电子－空穴对的电荷分离，此外致密层还起到阻挡作用，防止钙钛矿与FTO的接触从而造成电子与FTO的复合。

钙钛矿太阳电池经历了从介孔结构到具有n-i-p或p-i-n布局的平面结构的发展，PSC的稳定性一直令人诟病，其使用寿命仅为不到1000h。传统的PSC以锂和镁重度掺杂镍氧化物作为空穴传导层，在吸收层吸水或被氧化产生HI后会对传导层进行腐蚀，降低空穴传输层与吸收层之间的载流子传导能力，从而降低电池的使用寿命。针对空穴传输层的稳定性的有效提高可以有效延长PSC的使用寿命，P型掺杂金刚石作为半导体材料具有十分优异的稳定性和较高的载流子迁移率，在PSC的商业化应用上具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201710112501.2公开了一种钙钛矿太阳能电池光吸收层，该光吸收层是采用加入有机羧酸的有机卤化铅钙钛矿前驱体溶液旋涂于适合的基底上并加热处理得到的薄膜；该发明利用有机羧酸控制有机卤化铅钙钛矿的成核和晶体生长，并提升钙钛矿光吸收层与电子传输层的界面接触特性。借助羧基和铅离子之间配位和静电作用，有效控制有机卤化铅钙钛矿光吸收层的成核和晶体生长，制备出大面积、光滑、高质量晶态、电学性能优良、稳定的有机卤化铅钙钛矿光学吸收层，并使钙钛矿光吸收层与电子传输层形成良好欧姆接触。

中国发明专利申请号201910380503.9公开了一种钙钛矿吸收层的制备方法及钙钛矿太阳能电池的加工方法。其中该钙钛矿吸收层的制备方法，包括如下步骤：在气体发生腔内形成含有气态有机源的工艺气或者含有无机源的工艺气，并控制工艺气的温度达到预设工艺温度；将工艺气自气体发生腔引入反应腔，使反应腔内的压力达到预设反应压力、温度达到预设反应温度；将载有无机薄膜的衬底置入反应腔内，使无机薄膜与气态有机源或无机源反应，从而在衬底上形成钙钛矿吸收层。

根据上述，现有方案中用于钙钛矿太阳电池的空穴传导层多为锂和镁重度掺杂镍氧化物，在吸收层吸水或被氧化产生HI后会对传导层进行腐蚀，从而降低了空穴传输层与吸收层之间的载流子传导能力，使得电池寿命降低，本发明提出了一种提高钙钛矿太阳能电池的空穴吸收层耐腐蚀性的方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容