[发明专利]一种显著提升钙钛矿太阳能电池湿度稳定性的界面修饰方法

说明书

本发明公开了一种显著提升钙钛矿太阳能电池湿度稳定性的界面修饰方法，对钙钛矿太阳能电池电子传输层表界面进行修饰改性，使用三(五氟苯基)硼(TPFPB)材料，在SnO₂电子传输层上制备修饰层薄膜。通过测试表明，适量TPFPB修饰的钙钛矿太阳能电池，电子传输层和钙钛矿吸光层的界面接触以及钙钛矿薄膜形貌得到改善，钙钛矿晶粒尺寸和结晶度提高，表面缺陷被明显抑制，使得钙钛矿太阳能电池光电性能和湿度稳定性得到显著提升，同时电池的长期稳定性也得到改善。修饰后的一元钙钛矿太阳能电池器件光电转换效率(PCE)达到19.4％，在相对湿度为70±5％的大气环境中储存170小时后仍保持初始效率的73.9％以上，未封装器件在氮气环境下储存1000h后保持初始PCE的80％以上。

技术领域

本发明涉及一种提升钙钛矿太阳能电池湿度稳定性的界面修饰方法，该发明属于能源技术领域。

背景技术

太阳能是清洁安全、取之不尽用之不竭的绿色能源。开发高效率、低成本、环境友好的太阳能电池器件，对保障能源安全和社会经济健康可持续发展具有重要意义。钙钛矿太阳能电池(PSC)因其优越的电荷传输性质、长载流子扩散距离、全光谱吸收和高吸光系数等一系列优点，得到了研究人员的广泛关注。

钙钛矿太阳能电池由透明导电基板、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极组成。功能层的薄膜质量和各功能层之间的接触界面对载流子的迁移和运输有很大的影响，从而影响钙钛矿太阳能电池器件的光伏性能。目前常用的电子传输材料有TiO₂、SnO₂等。其中SnO₂因其宽光学带隙(3.6-4.0eV)、高体电子迁移率(240cm² V^-1s^-1)、与钙钛矿较好的能级匹配和低温制备工艺等优点得到广泛研究。然而，由于较低的电子迁移率、弱化学相互作用、界面和辐照复合等，使得制备高性能和稳定性的SnO₂基PSC仍具有巨大的挑战。SnO₂与钙钛矿之间的界面缺陷使得沉积的钙钛矿薄膜质量较差，从而降低钙钛矿电池湿度稳定性及长期稳定性，同时，界面载流子复合制约着电池效率的进一步提升。因此，钝化钙钛矿层与SnO₂层之间界面缺陷，增强界面载流子的传输，抑制电荷复合，显得尤其重要。本发明利用三(五氟苯基)硼(TPFPB)作为界面修饰层，改善了电子传输层和钙钛矿吸光层的界面接触，抑制了界面电荷复合，同时提高了MAPbI₃的结晶度和晶粒尺寸，减少了缺陷，改善了钙钛矿薄膜形貌，从而有利于载流子的传输，延长了载流子寿命，有效提高了器件的湿度稳定性、长期稳定性及光电转换效率。

发明内容

本发明的目的在于提升钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性。利用界面修饰层有效降低SnO₂和钙钛矿薄膜界面之间的载流子复合，钝化界面缺陷，明显提升电池的湿度稳定性，同时加快载流子的传输速度，提高电池的光电转换效率及长期稳定性。

为达到以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种显著提升钙钛矿太阳能电池湿度稳定性的界面修饰方法。该界面修饰层对电子传输层与钙钛矿层界面进行修饰，使用TPFPB (三(五氟苯基)硼烷)制备界面修饰层。钙钛矿太阳能电池结构为：透明导电基板、电子传输层、界面修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极。该修饰方法包括以下步骤：

1电子传输层的制备

(1)将导电基底先用洗涤剂将其表面清洗干净，然后再用去离子水和无水乙醇、丙酮、无水乙醇清洗20min，将冲洗好的导电基底用氮气吹干，放在培养皿中备用。

(2)按比例(V₁:V₂＝1:5＝SnO₂：去离子水)配制SnO₂前驱体溶液，然后以3000rmp，时间为30s的情况下旋涂在ITO上，即钙钛矿太阳能电池的电子传输层制作完成。

2界面层的制备