一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着可再生能源的发展和对能源效率的不断追求，光伏电池作为一种清洁、可再生的能源转换技术备受关注。金属卤化钙钛矿薄膜太阳能电池(以下简称“钙钛矿太阳能电池”)因其高光电转换效率、低原料成本和兼容低功耗溶液法制备等特点，受到国际学术界与产业界的共同高度关注，是目前最有产业化前景的新型光伏技术。在钙钛矿太阳能电池中，空穴传输层的功能为帮助空穴(正电荷载流子)在器件中传输并减少电子和空穴的复合损失，因此空穴传输层的质量和性能对钙钛矿太阳能电池的性能有重要影响。目前在具有pin架构的钙钛矿太阳能电池中，传统的空穴传输层材料包括但不限于：pedot:pss(聚[3,4-乙烯二氧噻吩]：聚合物酸)，mo2o3(三氧化二钼)，spiro-ometad(n,n'-双(2,6-二甲氧基苯基)-n,n'-二苯胺)，cui(碘化铜)，nio(氧化镍)，v2o5(氧化钒)，cuscn(硫代氰酸铜)，ptaa(聚[2-(2-甲基丙烯酸甲酯)])。这些材料具有不同的电学、光学和化学性质，可以根据特定器件的要求来选择最合适的空穴传输层材料。这些有机空穴传输层材料虽具有较好的空穴收集输运能力，但是易在钙钛矿的界面处引起非辐射复合能量转换损失，且无法构成致密薄膜，难以阻止钙钛矿薄膜中的卤素离子迁移，从而影响器件稳定性。此外，化学性质和制备工艺与后续制备于其上的钙钛矿吸光层的产业化制备工艺具有一定的兼容性问题，会增加钙钛矿太阳能电池产业化制备的工艺及制备成本。传统的无机空穴传输层材料，如碘化铜(cui)、氧化镍(nio)、三氧化二钼(mo2o3)等，虽为良好的p型半导体且可承受后续钙钛矿吸光层的产业化制备工艺，但其可能会导致一部分光生载流子在空穴传输层及其界面处发生损失，从而降低了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。此外，传统制备方法下，基于氧化镍、碘化铜等空穴传输层也存在致密性不足，难以阻挡钙钛矿中卤素离子迁移的问题。

2、提高倒置钙钛矿太阳能电池光电转换效率的一种方法是使用自组装单层(sams)，如[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸(2pacz)及其衍生物作为空穴传输材料(htms)。与传统的空穴传输层材料相比，sams增强光电转换效率的主要原因包括:(1)htm薄层降低了传输层的电阻，从而降低了钙钛矿太阳能电池的串联电阻；(2)有序分子通过产生界面偶极矩诱导空穴萃取；(3)分子减少了与钙钛矿吸光层的界面重组。但是，当前钙钛矿太阳能电池在空穴传输层仍面临着诸多挑战，与使用传统htms的钙钛矿太阳能电池相比，基于sams的钙钛矿太阳能电池并没有表现出持续的稳定性。用于钙钛矿太阳能电池的自组装分子，需要锚定在透明导电金属氧化物表面的羟基(-oh)基团上以实现自组装。因此，羟基在底物上的稳定吸附对自组装的稳定性至关重要。ito和fto是目前最常用的透明导电衬底，相比于ito，fto具有更低的成本，是大面积钙钛矿太阳能组件面向产业化的更优的选择。但是，fto较少的sams化学结合位点，以及相比于ito更为粗糙的表面，导致在fto衬底上实现高sams材料覆盖度成了较大挑战。

3、因此，现有技术仍有待改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在解决fto较少的sams化学结合位点，以及相比于ito更为粗糙的表面，导致在fto衬底上难以实现高sams材料覆盖度的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其中，包括：

4、步骤(1)、提供fto衬底；

5、步骤(2)、在所述fto衬底上采用原子层沉积技术制备氧化锡界面修饰层；

6、步骤(3)、在所述氧化锡界面修饰层上制备空穴传输层，所述空穴传输层包括单分子自组装材料；

7、步骤(4)、在所述空穴传输层上制备钙钛矿吸光层；

8、步骤(5)、在所述钙钛矿吸光层上制备电子传输层；

9、步骤(6)、在所述电子传输层上制备电极，得到所述钙钛矿太阳能电池。

10、可选地，所述步骤(2)具体包括：

11、步骤(21)、将所述fto衬底置于原子层沉积设备的反应腔内，将所述反应腔进行抽真空处理，并将所述fto衬底进行加热处理；

12、步骤(22)、通入锡前驱体，脉冲为400-600ms，通入惰性气体50-70s；

13、步骤(23)、通入氧前驱体，脉冲为30-70ms，通入惰性气体30-50s；

14、以步骤(22)-(23)为一个周期，循环4-20个周期后，在所述fto衬底上制备得到氧化锡界面修饰层。

15、可选地，所述锡前驱体和氧前驱体在反应腔内的压强增幅比为2:3。

16、可选地，所述步骤(21)中，所述fto衬底加热至80-100℃。

17、可选地，按照锡前驱体、惰性气体、氧前驱体、惰性气体的顺序，将所述锡前驱体、惰性气体、氧前驱体和惰性气体通入反应腔内。

18、可选地，所述锡前驱体包括四(二甲氨基)锡、双(n,n'-二异丙基乙脒基)锡、n,n-二-丁基-2,3-二氨基丁烷锡中的一种或几种混合物。

19、可选地，所述氧前驱体包括纯水和臭氧中的一种或几种混合物。

20、可选地，所述氧化锡界面修饰层的厚度为1-5nm。

21、可选地，所述步骤(3)中，所述单分子自组装材料选自[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[2-(3，6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(3，6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸和[4-(7h-二苯并咔唑-7-基)丁基]磷酸中的一种。

22、本发明的第二方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池采用本发明所述的制备方法制备得到；

23、或者，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的fto衬底、氧化锡界面修饰层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和电极，所述空穴传输层包括单分子自组装材料。

24、有益效果：本发明使用宽禁带氧化锡(sno2)作为钙钛矿薄膜太阳能电池的界面修饰层，解决了sams材料覆盖不足导致的电压损失问题。该氧化锡界面修饰层通过原子层沉积(ald)技术生长在fto衬底上，有效修饰并增强了sams材料的附着效果，提高了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)具体包括：

3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述锡前驱体和氧前驱体在反应腔内的压强增幅比为2:3。

4.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(21)中，所述fto衬底加热至80-100℃。

5.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，按照锡前驱体、惰性气体、氧前驱体、惰性气体的顺序，将所述锡前驱体、惰性气体、氧前驱体和惰性气体通入反应腔内。

6.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述锡前驱体包括四(二甲氨基)锡、双(n,n'-二异丙基乙脒基)锡、n,n-二-丁基-2,3-二氨基丁烷锡中的一种或几种混合物。

7.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述氧前驱体包括纯水和臭氧中的一种或几种混合物。

8.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述氧化锡界面修饰层的厚度为1-5nm。

9.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述单分子自组装材料选自[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[2-(3，6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸、[4-(3，6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸和[4-(7h-二苯并咔唑-7-基)丁基]磷酸中的一种。

10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池采用权利要求1～9任一项所述的制备方法制备得到；

技术总结本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括：提供FTO衬底；在所述FTO衬底上采用原子层沉积技术制备氧化锡界面修饰层；在所述氧化锡界面修饰层上制备空穴传输层，所述空穴传输层包括单分子自组装材料；在所述空穴传输层上制备钙钛矿吸光层；在所述钙钛矿吸光层上制备电子传输层；在所述电子传输层上制备电极，得到所述钙钛矿太阳能电池。本发明使用氧化锡作为钙钛矿薄膜太阳能电池的界面修饰层，解决了SAMs覆盖不足导致的电压损失问题。该氧化锡界面修饰层通过原子层沉积方法生长在FTO衬底上，有效修饰并增强了SAMs材料的附着效果，提高了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。技术研发人员：赵海涛,张杰,杨春雷,胡金京,王紫瑶,梁博文,张杰受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/7/23