[发明专利]一种锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于新型薄膜太阳能电池制备技术领域，具体公开了一种锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该方法通过在锡基钙钛矿前驱体溶液里加入苯乙胺溴，并采用一步旋涂制备得到锡基钙钛矿薄膜。该添加剂有助于提高薄膜的结晶质量、改善形貌、降低内部缺陷态和减少非辐射复合。此外，由此技术制备的吸收层与电荷传输层形成的匹配能带结构增强了载流子输运能力。相应的锡基钙钛矿太阳电池器件光电转换效率达到14.65％且在放置4800小时后仍保持初始值的90％以上。以上数据表明前驱液添加苯乙胺溴是一种有效提高锡基钙钛矿电池光电转换效率和稳定性的制备方法。

技术领域

本发明涉及新型薄膜太阳能电池制备技术领域，尤其涉及一种锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前高效钙钛矿太阳能电池的吸光体大都含有重金属铅元素，铅的毒性和对环境的危害限制了钙钛矿太阳能电池的发展。锡基钙钛矿材料具有较高的吸收系数与载流子迁移率，其禁带宽度与太阳光谱更为匹配，是铅基钙钛矿的理想替代材料。但是，锡基钙钛矿电池由于二价锡易氧化、缺陷多、能级不匹配等问题导致其效率远低于铅基钙钛矿电池。

目前主流的优化锡基钙钛矿太阳能电池性能的技术手段包括吸光体组分工程、形貌控制、前驱液添加还原剂，功能层能带设计、维度调控以及电池结构改良等。特别地，大阳离子盐中的配位体修饰起到了关键作用，苯乙胺碘盐、2-氟-苯乙基碘化铵、乙胺氢碘酸盐及苯肼盐酸盐等的引入可以起到减缓锡基钙钛矿薄膜结晶速率、控制钙钛矿薄膜的结晶生长、降低晶界和界面缺陷态密度、与三维钙钛矿反应形成准二维钙钛矿等作用，因而它们的引入可以提高锡基钙钛矿太阳电池的光电转换效率；此外，胺基配体结构的疏水和疏氧性可抑制氧化，还能提高电池的稳定性。然而，当钙钛矿晶体的取向与载流子输运方向垂直时，大阳离子会阻碍载流子输运；低维度的钙钛矿分布不均匀时，形成不利的量子阱效应会降低器件性能，难以实现兼具高效率和高稳定性的锡基钙钛矿太阳能电池。

因此，如何进一步探究添加剂在锡基钙钛矿钝化技术对于同时提高锡基钙钛矿电池的效率和稳定性具有重要意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明提高了锡基钙钛矿太阳电池器件光电转换效率。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锡基钙钛矿太阳能电池，包括顺次堆叠的衬底、透明导电薄膜、空穴传输层、锡基钙钛矿薄膜吸收层、电子传输层、空穴阻挡层、金属电极层；

其中，锡基钙钛矿薄膜吸收层含有苯乙胺溴。

优选的，所述锡基钙钛矿薄膜吸收层由锡基钙钛矿前驱体溶液和反溶剂制备而成；

所述锡基钙钛矿前驱体溶液的溶质包括苯乙胺溴、乙二胺碘、氟化亚锡、碘化锗、甲脒碘和碘化亚锡；

所述锡基钙钛矿前驱体溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合物。

优选的，所述锡基钙钛矿前驱体溶液中苯乙胺溴、乙二胺碘、氟化亚锡、碘化锗、甲脒碘和碘化亚锡的摩尔比为0.01:0.01:0.10:0.05:0.98:1.00。

优选的，所述锡基钙钛矿前驱体溶液中N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为1:1～4:1。

优选的，所述锡基钙钛矿前驱体溶液中苯乙胺溴的摩尔浓度为1～10％。

优选的，所述反溶剂为氯苯或甲苯；

其中，锡基钙钛矿前驱体溶液与反溶剂的添加体积比为50:200～600。

本发明的另一目的是提供一种锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)在衬底上沉积透明导电薄膜；