[发明专利]一种掺杂三维钙钛矿的准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂三维钙钛矿的准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)前驱体溶液的制备；(2)基底的预处理；(3)旋涂空穴传输层；(4)旋涂电子传输层和钙钛矿吸收层；(5)旋涂PEI修饰层和成品制备。本发明通过简单的旋涂法在准二维钙钛矿前驱体溶液中加入三维钙钛矿作为添加剂即可制备得到掺杂三维钙钛矿的准二维钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池的各项性能显著提高，尤其是光伏电池效率提升了41％，同时有效提升了载流子提取效率和降低了内部缺陷态密度，符合目前对钙钛矿太阳能电池的迫切需求。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及到一种掺杂三维钙钛矿的准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人口增长和工业发展，全球能源需求不断增加。目前，这种需求主要由煤和石油等常规化石燃料来满足，但这些燃料在不久的将来就会枯竭。作为一种清洁的能源，太阳能可以满足日益增长的全球能源需求。在众多光电器件中，钙钛矿太阳能电池由于具有较高的功率转换效率(PCE认证为25.5％)以及较低的制造成本而备受关注。在研发初期，发现有机-无机杂化钙钛矿(如MAPbI₃)对环境十分敏感。经过科研人员的研究显著改善了这类材料的薄膜质量和稳定性，以及器件的稳定性。但其进一步发展的主要障碍在于ABX₃(A＝Cs⁺、CH3NH₃⁺、[HC(NH₂)₂]⁺；B＝Pb²⁺、Ge²⁺、Sn²⁺；X＝Cl、Br、I)钙钛矿结构中，只有3种A位阳离子能够维持三维(3D)共角八面体无机框架，在某些情况下只形成亚稳态化合物。为了解决这一问题，二维(2D)钙钛矿随之诞生。与3D钙钛矿相比，2D钙钛矿具有更灵活的结构(结构表达式为(A′)_m(A)_n-1B_nX_3n+1)，通过调控A′阳离子的大小可以改变钙钛矿结构，进而改善器件性能。在2D钙钛矿结构中，相邻的层之间通过范德华力相互作用，保证了结构的稳定性。同时由于疏水有机阳离子的引入，使得钙钛矿层免受空气中水分的侵蚀，从而提高了钙钛矿光伏器件的环境稳定性。2D钙钛矿的优异性质使得它在实现钙钛矿太阳能电池长期稳定性方面具有潜在优势。尽管准2D钙钛矿太阳能电池在长期稳定性方面占有一定的优势，但其光伏性能较低，主要原因在于较大的激子结合能限制了器件内部的载流子传输，准2D钙钛矿薄膜中晶体取向的随机性导致了电荷的提取和输运受到了抑制。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂三维钙钛矿的准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法，可以改善薄膜质量，改善准二维钙钛矿中不同n值的相分布，提升载流子的提取效率；最终达到制备出高效率和高稳定性的准二维钙钛矿太阳能电池的目的。

为达上述目的，本发明提供了一种掺杂三维钙钛矿的准二维钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)前驱体溶液的制备

将PbI₂、MAI、FAI、FPEAI、MACl和PbCl₂称取后混合溶解于二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，加热搅拌后过滤制得前驱体溶液，其中MACl和PbCl₂的摩尔比为1:1；

(2)基底的预处理

将ITO导电玻璃作为基底，使用去离子水和有机溶剂超声清洗后，使用惰性气体吹干，并进行紫外臭氧处理；

(3)旋涂空穴传输层

于步骤(2)预处理后的基底上旋涂PTAA空穴传输层，旋涂后退火处理；

(4)旋涂钙钛矿吸收层和电子传输层

将步骤(3)所得物进行预热，依次通过旋涂法涂抹步骤(1)所得的前驱体溶液和PCBM电子传输层，旋涂后退火处理；