[发明专利]基于邻二氯苯和2-巯基吡啶双掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种基于邻二氯苯和2‑巯基吡啶双掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。太阳能电池采用ITO/SnO₂/Perovskite/Spiro‑OMeTAD/Ag的n‑i‑p正型结构，其中Perovskite为邻二氯苯和2‑巯基吡啶双掺杂的钙钛矿层。本发明邻二氯苯和2‑巯基吡啶的引入有效钝化了钙钛矿层未配位的Pb²⁺缺陷，减少了光生载流子的非辐射复合损失；同时增大了晶粒尺寸，减少了晶界，改善了钙钛矿层的结晶性。基于本发明方法制备的钙钛矿太阳能电池具有19.67％的光电转换效率，未封装的电池在室温、30％湿度条件下600h后仍保持原始效率的85％以上，显示出良好的稳定性。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于邻二氯苯和2-巯基吡啶双掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，

背景技术

随着煤、石油、天然气等化石能源的短缺和传统化石能源燃烧造成的环境问题日益严重，寻找利用清洁可再生的绿色能源迫在眉睫。太阳能以其取之不尽、用之不竭无污染等优点，备受人们的青睐，能够将太阳能直接转化为电能的太阳能电池也逐渐进入人们视野。近年来，基于有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池因其制备工艺简单、能量转化效率高等显著优点成为国内外专家学者的研究热点。在制备钙钛矿薄膜过程中，基于反溶剂的一步旋涂法是最常用的沉积方法之一。然而，这种方法下制备的多晶钙钛矿薄膜表面和内部晶界处存在大量结构缺陷。这些缺陷多为未配位的卤素阴离子和金属阳离子，这些结构缺陷捕获光生载流子，并作为非辐射复合中心导致载流子损耗，最终降低钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；另外，一步旋涂法的薄膜形貌不易控制，钙钛矿层覆盖不均匀，晶粒尺寸小等情况也将直接导致对光能的利用率降低；因此，开发理想的形貌调控剂和钝化剂是优化钙钛矿太阳能电池光伏性能的有效途径。

发明内容：

本发明提出了一种基于邻二氯苯和2-巯基吡啶双掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明所述方法一方面能够实现对前驱液胶体颗粒尺寸的优化调节，从而控制从溶液到薄膜形成过程中的成核速率，促进钙钛矿更好地结晶和形成更大的晶粒尺寸；另一方面2-巯基吡啶能够有效钝化钙钛矿层中的结构缺陷，抑制缺陷辅助非辐射复合，提高器件光伏性能。

本发明所制备的太阳能电池采用ITO/SnO₂/Perovskite/Spiro-OMeTAD/Ag的n-i-p正型结构；其中ITO为氧化铟锡，SnO₂为氧化锡电子传输层，Perovskite为钙钛矿层，Spiro-OMeTAD为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴空穴传输层，Ag为银。制备过程中向钙钛矿前驱液中引入邻二氯苯和2-巯基吡啶进行双掺杂。

本发明所述的一种基于邻二氯苯和2-巯基吡啶双掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体步骤如下：

(1)将ITO导电玻璃衬底(华南湘城，方阻≤15Ω，透过率≥86％)分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后用氮气枪吹干，再送入紫外臭氧清洗机中处理10～15min；

(2)SnO₂量子点水溶液的制备：称取2～2.5g氯化亚锡(SnCl₂·2H₂O，百灵威，99.9％)和0.5～1g硫脲(CH₄N₂S，TCI，99％)，加入40～80mL去离子水，磁力搅拌10～12h，反应溶液由乳白色悬浊液变为淡黄色澄清溶液，继续搅拌10～12h后放入干燥柜中静置10～12h，得到SnO₂量子点水溶液；