[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池的晶界钝化方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池的晶界钝化方法，首先利用操作简单的室温溶液反应合成纳米级尺寸的C₆H₆NNaO₆Pb量子点；然后在一步法制备钙钛矿薄膜过程中，将所合成的量子点均匀分散于反溶剂中，使量子点在钙钛矿薄膜内部均匀分布，以实现钙钛矿晶界钝化。本发明能够有效降低钙钛矿晶界缺陷态密度，改善钙钛矿薄膜质量，从而获得高效稳定的钙钛矿太阳能电池。该制备方法工艺简单、成本低廉，在研制高性能钙钛矿太阳能电池方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池的晶界钝化方法。

背景技术

迄今为止，太阳能电池主要可分为三类：第一代晶硅太阳能电池、第二代化合物薄膜太阳能电池以及第三代新型太阳能电池。其中，钙钛矿太阳能电池作为新型太阳能电池中的佼佼者，凭借其吸光系数高、带隙可调、成本较低、制备简单等优点，受到研究人员的广泛关注。近年来，得益于研究者在钙钛矿形貌调控、电池结构、器件物理、界面工程、能带工程等方向的积极努力，钙钛矿太阳能电池获得飞速发展，其器件光电转换效率由2009年的3.8％提升到如今的25.5％(https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)。

从以上发展历程来看，钙钛矿太阳能电池发展快速，光电转换效率逐年提升，已经能够与硅基太阳能电池相比较，但其距离Shockley-Queisser极限效率31％尚存在一定的差距(L.Fu et al,EnergyEnvironmental Science.2020,13,4017-4056)。研究表明，钙钛矿薄膜晶界缺陷是制约钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和器件稳定性的关键因素，大量缺陷的存在会引起钙钛矿薄膜内部产生严重的电荷复合，造成光伏器件性能下降(L.D.Whalley et al,Journal of Chemical Physics.2017,146,220901)。

界面工程是一种钝化钙钛矿晶体表面缺陷的有效方法，有望进一步提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性。高质量量子点有望有效钝化钙钛矿晶界缺陷，降低钙钛矿薄膜内部缺陷态密度，对于开发高性能钙钛矿太阳能电池具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池的晶界钝化方法，通过纳米级尺寸C₆H₆NNa₃O₆Pb量子点钝化钙钛矿薄膜晶界缺陷，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、改善器件稳定性。本发明方法具有制备工艺简单、成本低廉、易于操作且安全等优点。

本发明钙钛矿太阳能电池的晶界钝化方法，包括如下步骤：

步骤1：量子点合成

在0.1～0.2mmol C₆H₉NNa₃O₆水溶液中缓慢加入0.05～0.1mmol Pb(CH₃COO)₂溶液，并持续搅拌1～2h；进一步将上述混合溶液于空气中静置24～48h，之后将溶液离心、洗涤、干燥，获得C₆H₆NNaO₆Pb量子点粉末材料，保存备用；

步骤2：钙钛矿晶界钝化

在FTO或ITO等导电玻璃衬底上沉积宽带隙半导体材料作为电子传输层。采用一步法制备钙钛矿吸收层薄膜。在手套箱N₂氛围中，首先在电子传输层上均匀旋涂50～150mL钙钛矿前驱溶液，旋涂转速3500～4500rpm；然后将步骤1合成的C₆H₆NNaO₆Pb量子点以0.5～20wt％的浓度分散于反溶剂中，并于钙钛矿前驱溶液旋涂开始6～10s时，在衬底上滴加含有量子点的反溶剂，旋涂20～30s后，将衬底置于100～110℃的加热台上退火5～15min，获得目标钙钛矿薄膜。