[发明专利]一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其包括从下到上依次层叠设置的导电基底、空穴传输层、界面改性层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层和金属阴极；空穴传输层为氧化镍，界面改性层为厚度2～5nm的六氟磷酸钾(KPF₆)。本发明在空穴传输层和钙钛矿吸光层之间引入KPF₆作为界面改性层，不仅可以通过Ni‑F键的形成，提高氧化镍层的电导率，而且可以钝化钙钛矿吸光层下表面的缺陷，这些作用有利于加快空穴载流子在空穴传输层和钙钛矿吸光层界面处的传输。此外，KPF₆改性层还有利于改善钙钛矿的薄膜质量。本发明通过界面改性工程，能够大幅提高准二维钙钛矿太阳能电池的器件性能。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，尤其是一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池在光伏行业，突飞猛进，其光电转换效率从最初的3.8％，在短短的十来年里迅速发展到25.6％，这种增速给绿色能源革命，带来了莫大的鼓舞。钙钛矿材料具有可调带隙、载流子寿命长、载流子扩散长度长、激子结合能低、摩尔消光系数高、低成本和易于制备等优势。根据肖克利-奎瑟极限理论的计算，一种带隙为1.6eV的光吸收材料可以达到大约30.5％的理论极限效率，这意味着钙钛矿太阳能电池能在光伏领域进一步发展。

目前，高光电转换效率的有机-无机杂化钙钛矿主要是三维结构，但其对湿度极其敏感，在潮湿条件下会迅速分解。研究人员发现在三维钙钛矿中引入长链有机阳离子制得的二维钙钛矿可以阻挡水和氧分子。主要原因是长链有机胺具有疏水性，从而改善了钙钛矿的稳定性。因此，制造准二维钙钛矿吸收层是提高的钙钛矿太阳能电池稳定性的有效方法。所以说，准二维钙钛矿太阳能电池具有十分广阔的发展前景。

但是，在钙钛矿太阳能电池器件中，界面上的光生成载流子的复合概率比体相位的复合概率要大得多。钙钛矿多晶薄膜的界面被认为是一个富含缺陷的区域，这是限制钙钛矿太阳能电池效率的主要因素。在以往的对准二维钙钛矿太阳能电池的研究，主要集中在钙钛矿吸光层，很少关注界面处的载流子的非辐射复合。这就会导致在载流子传输层和钙钛矿吸光层界面处的载流子复合严重，大大损害了准二维钙钛矿太阳能电池的器件性能。

发明内容

本发明的目的是针对准二维钙钛矿太阳能电池存在的载流子传输层和钙钛矿吸光层界面处的载流子复合严重的问题，提供一种反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明提供的反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池，其结构包括：从下到上依次层叠设置的导电基底、空穴传输层、界面改性层、钙钛矿吸光层、电子传输层、界面修饰层和金属阴极。所述空穴传输层为氧化镍，界面改性层为厚度为2～5nm的六氟磷酸钾(KPF₆)。

所述钙钛矿吸光层为A’₂A_n-1B_nX_3n+1，n＝1～∞,n∈R，其中，A’是长链胺有机阳离子或芳香胺有机阳离子，A为甲胺离子，B为铅离子或锡离子，X为Cl^-、Br^-、I^-中的一种或几种。

所述电子传输层为富勒烯衍生物薄膜，厚度为10～40nm。

所述界面修饰层为浴铜灵、氟化锂和氧化钛中的一种，界面修饰层厚度为2～5nm。

上述反式平面结构准二维钙钛矿太阳能电池的制备方法，步骤如下：

S1、将氧化镍前驱体溶液，通过旋涂的方法沉积在导电基底上，进行退火处理，得到空穴传输层。

其中，氧化镍前驱体溶液的配制：将醋酸镍溶于乙醇中，并加入乙醇胺；然后在60℃室温条件下搅拌反应6～10h，得到氧化镍前驱体溶液。

退火处理过程中，退火温度为260～360℃，退火时间为40～60min。