[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池，其内部结构从下往上包括导电基底、金属氧化物传输层、氨基硅烷偶联剂层、有机钝化层、钙钛矿吸收层、上传输层和顶电极，氨基硅烷偶联剂层的制备材料包括γ‑氨丙基三甲氧基硅烷，γ‑氨丙基三乙氧基硅烷，N‑(β‑氨乙基)‑γ‑氨丙基三乙氧基硅烷中任意一种。本发明还公开该钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明利用氨基硅烷偶联剂使金属氧化物传输层和有机钝化层钝化层紧密地结合，改善两者之间的界面接触，提高钝化效果，提升钙钛矿太阳能电池性能。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是热门的第三代太阳能电池，其结构为一个几百纳米的钙钛矿吸收层夹在两侧的空穴、电子传输层之间，两侧传输层外则外接了正负电极。光照下钙钛矿吸收层激发载流子，载流子通过相应传输层迁移至正负电极，在一个闭合的回路中形成电流。

金属氧化物材料在钙钛矿太阳能电池中有着广泛的应用，这些金属氧化物在钙钛矿太阳能电池中充当空穴传输层（HTL）或是电子传输层（ETL），但是金属氧化物一方面表面存在缺陷，这些缺陷会成为载流子复合的中心，从而降低钙钛矿太阳能电池的性能；另一方面不能忽视的是金属氧化物存在的光催化效应，在光照下会引发钙钛矿的降解。使用能带合适的导电高分子聚合物或是小分子材料对金属氧化物材料进行缺陷钝化，可以有效的缓解上述问题。然而，在实际的操作中，由于表面状态的差异，有机物与无机物的界面结合并不牢固。因此，增强钝化层与金属氧化物的界面接触非常重要。

硅烷偶联剂是一种通过水解能够将无机界面和有机界面非常强地结合起来的化合物，其分子式通常为Y-R-Si(OR)₃（Y一有机官能基，SiOR一硅烷氧基）。一方面，硅烷氧基基团水解时生成硅醇（Si(OH)₃），脱水后在无机物表面形成Y-R-SiO₃-无机物的结构；另一方面有机官能基Y可与有机物的基团交联而结合。因此，通过使用硅烷偶联剂，可在无机物质和有机物质的界面之间架起“分子桥”，把两种结构相异的材料连接在一起，从而改善两者的界面接触。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在金属氧化物传输层与有机钝化层之间引入氨基硅烷偶联剂，改善了钝化所用的有机分子在金属氧化物传输层表面的覆盖不完全、界面结合较弱的情况。

本发明是这样实现的，提供一种钙钛矿太阳能电池，其内部结构从下往上包括导电基底、金属氧化物传输层、氨基硅烷偶联剂层、有机钝化层、钙钛矿吸收层、上传输层和顶电极，金属氧化物传输层可以是空穴传输层或电子传输层，对应地，上传输层可以是电子传输层或空穴传输层；其中，

氨基硅烷偶联剂层的制备材料包括γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、N-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷中任意一种；

当金属氧化物传输层为空穴传输层（HTL）时，有机钝化层的制备材料包括聚-3己基噻吩（P3HT）、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（PTAA）导电聚合物中任意一种，或者4,4'-环己基二[N,N-二(4-甲基苯基)苯胺]（TAPC）、三(4-咔唑-9-基苯基)胺（TCTA）有机小分子材料中的任意一种；

当金属氧化物传输层为电子传输层（ETL）时，有机钝化层的制备材料包括PCBM类富勒烯衍生物、苝酰亚胺（PDI）、萘酰亚胺（NDI）、聚芴类聚合物（PFN）有机分子材料中的任意一种。

本发明是这样实现的，提供一种如前所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、清洗导电基底，紫外臭氧处理；

步骤二、在上述导电基底上制作金属氧化物传输层；