[发明专利]一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿量子点太阳能电池包括：ITO玻璃基板，在所述ITO玻璃基板上依次沉积的电子传输层、吸光层、空穴传输层和电极；所述吸光层为依次经过乙酸甲酯、四乙酸处理的CsPbX₃型全无机钙钛矿量子点薄膜，其中X为I或Br。本发明提供的钙钛矿量子点太阳能电池，利用四乙酸多齿配体螯合钙钛矿量子点薄膜表面多余的铅离子，构造规则的晶体表面，减少载流子的非辐射复合；通过单个多齿配体能够同时有效地钝化多个钙钛矿量子点的表面缺陷，从而稳定八面体结构，获得性能优异的钙钛矿量子点太阳能电池。

技术领域

本发明涉及光电材料与器件领域，尤其涉及一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法。

背景技术

金属卤化物钙钛矿(APbX₃，A＝甲脒，甲胺，铯等，X＝Cl，Br，I等)因其优异的光电性能、低激子结合能、长载流子寿命以及简单的制备工艺等特点，在太阳能电池、发光二极管和光电探测器等诸多领域中受到了极大关注。在过去的十年里，钙钛矿太阳能电池(PSC)在成分工程、界面工程和器件结构优化等方面都取得了进展，单结PSCs能量转换效率(PCE)已超过25％，显示出可与商业硅电池相媲美的光电转换效率。然而，由于包含有机组分的钙钛矿材料在高温、高湿和强光照等恶劣条件下会加速分解，导致器件稳定性差，制约了其在实际应用中的发展。因此，除了提高器件效率外，越来越多的研究集中在提高器件稳定性以满足实际应用需求。

当材料的尺寸减小后，表面能增大，材料的相稳定性也得到大幅提高。钙钛矿量子点(PQD)是一种新型可溶液处理的半导体纳米材料，近年来在发光二极管，探测器，太阳能电池等领域备受关注。作为一个刚刚开始蓬勃发展的新研究领域，钙钛矿量子点太阳能电池的效率在短时间内从10.77％大幅提升至18％以上，显示出巨大的应用潜力。

钙钛矿量子点通常采用热注入法合成，通过长链有机配体，如油酸(OA)和油胺(OAm)包覆量子点表面限制其生长，并使其均匀分散在良溶剂中。然而，在将量子点溶液制成固体薄膜时，长链绝缘配体严重影响了钙钛矿量子间的耦合和载流子传输。因此，在制备PQD薄膜时，通常采用短链的低位阻分子，如碘化甲脒、醋酸铯、碘化苯乙胺等分子用于取代材料表面的OA和OAm配体，以降低载流子传输的势垒，从而提高钙钛矿量子点固体薄膜的载流子迁移率。此外，由于钙钛矿的离子晶体性质，纳米尺寸的钙钛矿量子点在经过反溶剂纯化和配体交换过程后总是存在大量的表面缺陷，这些缺陷会作为光生载流子的非辐射复合中心，严重影响器件中的电荷提取，从而导致器件性能下降。因此，需要探索新的修复钙钛矿量子点表面的方法，使其在薄膜制备阶段仍然可以保持较完整的晶体结构，最大限度地减少器件中的非辐射复合，用于有效提取光生电荷载流子，从而提升钙钛矿量子点太阳能电池器件的性能。目前，薄膜表面的缺陷态还未有有效地解决方法，基于薄膜表面修复制备高性能钙钛矿量子点太阳能电池也少有报道。因此，开发一种基于薄膜表面修复策略减少量子点薄膜缺陷，用于制备高效率、高效稳定性钙钛矿量子点太阳能电池尤为重要。

发明内容

本发明提供一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法，针对目前钙钛矿量子点太阳能电池制备过程中存在的问题，利用四乙酸分子修整CsPbX₃型全无机钙钛矿量子点薄膜表面，减少表面缺陷，从而提高钙钛矿量子点太阳能电池的器件性能。

本发明提供一种钙钛矿量子点太阳能电池，包括：ITO玻璃基板，在所述ITO玻璃基板上依次沉积的电子传输层、吸光层、空穴传输层和电极；所述吸光层为依次经过乙酸甲酯、四乙酸处理的CsPbX₃型全无机钙钛矿量子点薄膜，其中X为I或Br。本发明提供的钙钛矿量子点太阳能电池，利用四乙酸多齿配体螯合因反溶剂(乙酸甲酯)处理钙钛矿量子点薄膜造成的表面多余的铅离子，构造规则的晶体表面，减少载流子的非辐射复合；通过单个多齿配体能够同时有效地钝化多个钙钛矿量子点的表面缺陷，从而稳定八面体结构，获得性能优异的钙钛矿量子点太阳能电池。