一种钝化膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电池，特别是涉及一种钝化膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，钙钛矿太阳能电池的发展迅速，且因其具有良好的光电特性、载流子寿命长等有点，已成为第三代新型太阳能电池中的佼佼者。钙钛矿太阳能电池可分为正式n-i-p电池和反式p-i-n电池，其中，反式p-i-n钙钛矿太阳能电池因其可低温制备、工艺简单、稳定性好等优势而更具应用前景。

2、但是，钙钛矿薄膜表面容易积累大量缺陷，会导致大量的电荷载流子复合。如卤素阴离子空位，会使带电的离子空位扩散到微晶中，导致钙钛矿材料的降解，进而降低钙钛矿电池的能量转换效率。且钙钛矿薄膜表面有游离的pb0（铅的原子状态），是降低钙钛矿太阳能电池性能和稳定性的重要因素。

3、因此，现有技术仍有待改进。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述钙钛矿薄膜表面容易积累大量缺陷以及有游离的pb0的问题，提供一种钝化膜及其制备方法和应用。

2、一种钝化膜，所述钝化膜含有钝化材料；所述钝化材料含有氟化钕；所述钝化膜的厚度为0.1~5.0 nm。

3、上述钝化膜，所含有的稀土金属氟化物——氟化钕（ndf3），不溶于水、化学性质稳定，作为钙钛矿电池的钝化层，可以在提高器件性能的基础上进一步提高器件的稳定性。同时，氟化钕可以有效地减少钙钛矿薄膜表面的零价金属铅（pb0），进而减少非辐射复合。

4、在其中一个实施例中，所述钝化膜的厚度为0.3~0.7 nm。

5、在其中一个实施例中，所述氟化钕的粒径为8~15 μm。

6、在其中一个实施例中，所述氟化钕的粒径为10 μm。

7、本发明还提供了一种所述的钝化膜的制备方法，包括如下步骤：将所述氟化钕沉积在基底上，即得。

8、在其中一个实施例中，所述沉积的方法具体为蒸镀。

9、在其中一个实施例中，所述蒸镀的速度为0.0002±0.0003 kå/s。

10、在其中一个实施例中，所述蒸镀的条件还包括：压强≤2×10-3 pa，电流为135±5a。

11、在其中一个实施例中，所述基底为钙钛矿薄膜；所述钙钛矿薄膜中钙钛矿具有如下结构：cs0.03(fa0.90ma0.10)0.97pbi3，其中，cs为铯原子、fa为甲脒阳离子、ma为甲基铵、pb为铅原子、i为碘原子。

12、在其中一个实施例中，所述基底为空穴传输层。

13、在其中一个实施例中，所述空穴传输层含有聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]。

14、本发明还提供了一种光伏电池，所述光伏电池包括如上所述的钝化膜。

15、在其中一个实施例中，所述光伏电池还包括钙钛矿吸光层和钝化层；所述钝化层包括所述钝化膜；所述钝化层与所述钙钛矿吸光层电连接。

16、在其中一个实施例中，所述光伏电池具有从下至上依次电连接的如下层状结构：基板、空穴传输层、钙钛矿吸光层、钝化层、电子传输层、顶电极层；或者，基板、空穴传输层、钝化层、钙钛矿吸光层、电子传输层、顶电极层；所述钝化层包括所述钝化膜。

17、在其中一个实施例中，所述基板为氧化铟锡基板。

18、在其中一个实施例中，所述空穴传输层含有聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]。

19、在其中一个实施例中，所述钙钛矿吸光层中钙钛矿具有如下结构：cs0.03(fa0.90ma0.10)0.97pbi3，其中，cs为铯原子、fa为甲脒阳离子、ma为甲基铵、pb为铅原子、i为碘原子。

20、在其中一个实施例中，当所述光伏电池的结构为：基板、空穴传输层、钙钛矿吸光层、钝化层、电子传输层、顶电极层时，所述空穴传输层和所述钙钛矿层之间有氧化铝层；当所述光伏电池的结构为：基板、空穴传输层、钝化层、钙钛矿吸光层、电子传输层、顶电极层时，所述空穴传输层和所述钝化层之间有氧化铝层。所述氧化铝层可以增加钙钛矿的浸润性。

21、在其中一个实施例中，所述电子传输层包含碳60层和氧化锡（sno2）层。

22、在其中一个实施例中，所述顶电极含有单质银。

23、在其中一个实施例中，所述光伏电池为钙钛矿电池。

24、上述安装了所述钝化膜的钙钛矿电池，填充因子可达到84.4%，光电转换效率可达到22.88%。

25、本发明还提供了一种所述的光伏电池的制备方法，包括以下步骤：

26、处理基板；制备空穴传输层；制备钙钛矿吸光层；使用如上所述的钝化膜的制备方法制备钝化层；制备电子传输层；制备顶电极层，即得。

27、在其中一个实施例中，所述处理基板的步骤具体为：将刻蚀过的氧化铟锡（ito）基板进行超声清洗，清洗时间为40~50 min；紫外线-臭氧处理10~15 min，得经处理的氧化铟锡基板。

28、在其中一个实施例中，所述制备空穴传输层的步骤具体为：在上述经处理的氧化铟锡基板上，以4000±500 rpm的转速旋涂100±20 μl浓度为1.5±0.1 mg/ ml的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]（ptaa）溶液，旋涂时间为30±5 s；退火，退火温度为100±10°c，退火时间为10±2 min，得空穴传输层。

29、在其中一个实施例中，将150±30μl、氧化铝和异丙醇的体积比为1:（50~80）的氧化铝异丙醇溶液，以4000±500 rpm的转速旋涂在上述空穴传输层上，时间为30±5s；退火，退火温度为100±10 °c，退火时间为10±3 min，得ptaa空穴传输层/氧化铝层。上述氧化铝为纳米级胶状体。

30、在其中一个实施例中，所述制备钙钛矿吸光层的步骤具体为：将150±50 μl的钙钛矿前驱体溶液滴在上述ptaa空穴传输层/氧化铝层上或钝化层上，在4000±500 rpm的转速下，以800±200 rpm /s的加速速率旋涂40±10 s，并在倒数10~15 s时滴加300±50 μl的乙酸乙酯（ea）；退火，退火温度为100~105 °c，退火时间为30±5 min，得钙钛矿吸光层。

31、在其中一个实施例例中，所述钙钛矿前驱体溶液的制备方法为：将1.5 mol的甲脒氢碘酸盐（fai）和1.5 mol的碘化铅（pbi2）溶解在溶剂a中，制成总体积为1 ml的溶液a；将1.5 mol的甲基碘化胺（mai）和1.5 mol的碘化铅（pbi2）溶解在溶剂b中，制成总体积为1 ml的溶液b；取所述溶液a和所述溶液b，以体积比9:1混合，得溶液c；将1.5 mol的碘化铯（csi）溶解于溶剂c中，制成总体积为1 ml的碘化铯溶液；将所述碘化铯溶液与所述溶液c以体积比3:97混合，即得。

32、在其中一个实施例中，所述溶剂a和溶剂b均为n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合液，n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4:1；所述溶剂c为二甲基亚砜。

33、在其中一个实施例中，向上述钙钛矿前驱体溶液中加入8 mol%（指在每8 mol的钙钛矿前驱体溶液中加入8 mol×1%的碘化铅）的碘化铅，得到前驱体复合材料；继续加入30mol%（指在每30 mol的钙钛矿前驱体溶液中加入30 mol×1%的甲胺氯）的甲胺氯（macl），得钙钛矿前驱体材料。

34、在其中一个实施例中，所述制备钝化层的步骤具体为：将氟化钕蒸镀在上述钙钛矿吸光层上或者上述ptaa空穴传输层/氧化铝层上；所述蒸镀的条件为：压强≤2×10-3 pa，电流为135±5 a，速度为0.0002±0.0003 kå/s，得钝化层。

35、在其中一个实施例中，所述制备电子传输层的步骤具体为：采用蒸镀法在所述钝化层或者所述钙钛矿吸光层上沉积碳60；再通过原子层沉积继续沉积氧化锡，得电子传输层。

36、在其中一个实施例中，所述制备顶电极层的步骤具体为：采用蒸镀法，在所述电子传输层上沉积单质银，得顶电极层。

37、本发明还提供了一种所述的光伏电池在制备发电装置和/或储能装置和/或用电装置中的应用。

38、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

39、本发明的一种钝化膜及其制备方法和应用，所含有的稀土金属氟化物——氟化钕（ndf3），不溶于水、化学性质稳定，作为钙钛矿电池的钝化层，可以在提高器件性能的基础上进一步提高器件的稳定性。同时，氟化钕可以有效地减少钙钛矿薄膜表面的零价金属铅（pb0），进而减少非辐射复合。安装了本发明钝化膜的钙钛矿电池，填充因子可达到84.4%，光电转换效率可达到22.88%。