[发明专利]一种基于尿素或其衍生物添加剂的碳基介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于尿素或其衍生物添加剂的碳基介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法，引入尿素或其衍生物作为添加剂同时精确控制添加量，获得尿素或其衍生物改性后的钙钛矿前驱体溶液，经过一步滴涂法滴涂在碳对电极层表面，充分渗透至电子传输层、绝缘间隔层和碳对电极层构成的三层介孔支架结构中，然后将充分渗透钙钛矿前驱体溶液的三层介孔器件经50‑120℃退火10min‑4h，制备得到性能更加优异的碳基介观钙钛矿太阳能电池。

技术领域：

本发明属于光伏能源、钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于尿素或其衍生物添加剂的碳基介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

钙钛矿材料具有光吸收能力强、载流子迁移率高、双极性电荷传输性能优异、激子束缚能低和带隙可调等特性。在钙钛矿材料作为光活性层组装的高效薄膜太阳能电池中，钙钛矿晶体薄膜不仅起着吸收太阳光、产生光生载流子的作用，同时也起着分离和传导电荷的功能，因此，钙钛矿晶体薄膜的成膜质量直接决定着组装电池的光电性能。结晶度高、晶界缺陷少、致密均匀的钙钛矿晶体薄膜可以有效减少载流子复合，有利于电池光电性能的提升。

CN103441217A公开了一种基于钙钛矿类吸光材料的介观钙钛矿太阳能电池，其以导电玻璃为基底，在该基底上通过丝网印刷工艺依次层叠空穴阻挡层、介孔纳米晶层、绝缘间隔层和介孔空穴收集层。其中，介孔纳米晶层、绝缘间隔层和介孔空穴收集层中填充有钙钛矿类吸光材料。这种使用丝网印刷工艺制备的介观钙钛矿太阳能电池可以很大程度上解决传统平面异质结钙钛矿太阳能电池制备工艺复杂、稳定性差、成本高昂等问题。然而，在这种介观钙钛矿太阳能电池中，填充在介孔支架层中的钙钛矿材料的晶体生长不可避免会受到介孔的影响。孔隙不容易控制、钙钛矿材料填充不充分、形成的钙钛矿晶体薄膜不均匀以及局部堆积严重等问题，使得制备的介观钙钛矿太阳能电池的重复性差异较大。该领域尚未解决的关键问题是如何采用简单的技术手段，获得较好的介孔填充率和晶体生长质量，进而提高组装电池的光电转换效率、稳定性和重复性。

近年来研究表明，尿素或其衍生物可以作为路易斯碱或酸与钙钛矿材料形成中间加合物，提高钙钛矿晶体生长的活化能，从而调控钙钛矿的结晶生长过程，显著增大晶体尺寸，提高结晶度；同时起到钝化钙钛矿晶体薄膜内部及表面缺陷的作用，减少缺陷引起的非辐射复合损失，可获得光电性能改善的钙钛矿材料。例如，杨阳等在平面型钙钛矿太阳能电池中引入尿素作为添加剂可获得晶粒尺寸增大、表面光滑平整、微观均匀的钙钛矿晶体薄膜(DOI：10.1016/j.chempr.2017.05.020)；黄维等发现在平面型钙钛矿太阳能电池中加入尿素衍生物既可以调节钙钛矿的结晶动力学，实现低温下的大晶粒生长，也可以与反位缺陷或未配位离子结合实现钝化缺陷的作用(DOI：10.34133/2020/2763409)。然而，目前使用尿素或其衍生物作为添加剂制备的钙钛矿太阳能电池均是平面型器件结构，此类钙钛矿太阳能电池大多需要在无水无氧的制备环境下进行，对实验设备的要求极为苛刻，同时需要高能耗的蒸镀工艺，工艺繁琐且制备成本高。

发明内容：

本发明的目的是提供一种基于尿素或其衍生物添加剂的碳基介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法，引入尿素或其衍生物作为添加剂同时精确控制添加量，获得尿素或其衍生物改性后的钙钛矿前驱体溶液，经过一步滴涂法滴涂在碳对电极层表面，充分渗透至电子传输层、绝缘间隔层和碳对电极层构成的三层介孔支架结构中，然后将充分渗透钙钛矿前驱体溶液的三层介孔器件经50-120℃退火10min-4h，制备得到性能更加优异的碳基介观钙钛矿太阳能电池。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种基于尿素或其衍生物添加剂的碳基介观钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：