一种有机分子原位修饰的柔性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，具体涉及一种有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

0、背景技术：

1、在短短十年的时间里，有机-无机混合钙钛矿太阳能电池(pscs)的功率转换效率(pce)超过了26％。这种令人印象深刻的光伏性能快速增长标志着它们是最有前途的新兴光伏(pv)技术之一。特别令人感兴趣的是柔性钙钛矿太阳能电池(fpscs)，由于其独特的优势，包括高功率重量比和出色的机械坚固性，使其成为可穿戴和便携式自供电产品的理想选择，受到了广泛的关注。钙钛矿光活性材料的特殊特性，如高吸收系数、高缺陷容限、长载流子扩散长度、低激子结合能、可调带隙等，使得fpscs的效率迅速提高到24.61％(认证效率为23.51％)。但是到目前为止，fpscs的效率明显低于刚性同类产品，因此，提高fpscs的效率具有非常重要的意义。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明解决了现有技术存在的问题，提供一种有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明提出的钙钛矿太阳能电池具有较好的性能和稳定性，修饰后的最优器件效率达到23.67％，其中影响因子和开路电压提升最为明显。

2、本发明的目的是提供一种有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的玻璃基底、中间粘结层、柔性导电层、电子传输层、有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极层，所述的有机分子为有机胺盐类，所述的有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层由如下步骤制备得到：将掺有有机分子的反溶剂滴加到正在旋转的钙钛矿前驱体薄膜表面，随后进行退火处理得到有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层；所述的掺有有机分子的反溶剂由如下步骤制备得到：将有机分子溶解到异丙醇中得到含有有机分子的异丙醇溶液，再将得到的异丙醇溶液加入反溶剂中，得到掺有有机分子的反溶剂。

3、钙钛矿多晶膜在旋涂成膜过程中通过将有机分子修饰剂掺杂到反溶剂中进行原位调控钙钛矿结晶。该有机分子修饰剂的原位引入可以有效调节钙钛矿结晶并减少钙钛矿表面和晶界缺陷，进而促进空穴传输层和钙钛矿吸光层的能级匹配，减少了界面处载流子的非辐射复合，有利于电荷的高效传输，促进了钙钛矿太阳能电池性能的提升。

4、优选地，所述的掺有有机分子的反溶剂中有机分子的浓度为0.1～0.5mg/ml。

5、本发明提出的原位有机分子修饰剂的引入可以有效降低钙钛矿多晶膜上表面和晶界内的陷阱态，减少了界面处载流子的非辐射复合，促进了钙钛矿吸光层和空穴传输层的能级匹配并有利于载流子的高效传输。该原位有机分子修饰剂的引入还会促进钙钛矿多晶膜的晶粒尺寸提升，钙钛矿多晶膜的结晶度和稳定性都有较为明显的改善，促进了钙钛矿太阳能电池性能的提升。

6、优选地，所述的含有有机分子的异丙醇溶液中有机分子的浓度为1-10mg/ml，反溶剂为乙酸乙酯。

7、优选地，所述的有机分子选自3,3,3-三氟丙胺盐酸盐，2,2,3,3-五氟丙胺盐酸盐，3-氨基丙硫醇盐酸盐，2-氯乙胺盐酸盐，半胱胺盐酸盐，o-(4-硝基苄基)羟胺盐酸盐，聚(异硫氰酸荧光素烯丙胺盐酸盐)，三氟乙氧基胺盐酸盐和[(5-氟-1h-苯并咪唑-2-基)甲基]胺二盐酸盐的一种或几种。

8、优选地，每平方厘米的钙钛矿前驱体薄膜上滴加20-40μl掺有有机分子的反溶剂。例如：2×2cm的钙钛矿前驱体薄膜滴加80-160μl，3×3cm的钙钛矿前驱体薄膜滴加180-360μl。

9、优选地，所述的电子传输层的厚度为10～40nm；有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层的厚度为500～800nm；空穴传输层的厚度为100～300nm；电极层的厚度为50～150nm。

10、优选地，所述的柔性导电层的材质为ito透明导电pen或ito透明导电pet；所述的电子传输层的材质为二氧化锡；所述的钙钛矿吸光层的材质为金属卤化物钙钛矿，金属卤化物钙钛矿的晶体结构为abx3，a选自有机阳离子或者无机阳离子中的至少一种，b选自二价金属离子，x选自卤素离子；所述的空穴传输层的材质选自spiro-ometad、ptaa中的一种或几种；所述的电极层的材质选自金、银、铜、碳电极、透明导电氧化物电极中的至少一种。

11、本发明还保护所述的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

12、在柔性导电层表面原子层沉积法或旋涂法制备电子传输层；

13、在所述的电子传输层表面旋涂法制备有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层；

14、在所述的有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层表面旋涂法制备空穴传输层；

15、在所述的空穴传输层表面蒸镀法制备电极层。

16、优选地，所述的有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层由如下步骤制备得到：将掺有有机分子的反溶剂滴加到正在旋转的钙钛矿前驱体薄膜表面，随后进行退火处理得到有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层。

17、进一步优选，将钙钛矿前驱体溶液滴在电子传输层表面进行两步旋涂，第一次旋涂时间为5-15s，转速为800-1200rpm，第二次旋涂时间为20-40s，转速为3500-4500rpm，第二次旋涂开始10-15s后滴加掺有有机分子的反溶剂到正在旋转的钙钛矿前驱体薄膜表面。

18、进一步优选，退火条件为：退火温度100℃～120℃，退火时间30～60分钟。

19、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

20、本发明提出的原位钝化钙钛矿多晶膜的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，促进了钙钛矿结晶并形成更大的晶粒，钙钛矿膜的结晶度和稳定性都有较为明显的改善。此外，原位钝化剂的引入，有机基团与未配位的pb2+具有较大的配位能力，钝化了钙钛矿表面和晶界缺陷态，进而减少了界面的能量偏移，降低了空穴传输层和钙钛矿多晶膜之间的电势差，从而减少了界面处载流子非辐射复合，更有利于电荷传输，对获取高效钙钛矿太阳能电池提供了光明前景。

技术特征：

1.一种有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的玻璃基底、中间粘结层、柔性导电层、电子传输层、有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极层，有机分子为有机胺盐类，所述的有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层由如下步骤制备得到：将掺有有机分子的反溶剂滴加到正在旋转的钙钛矿前驱体薄膜表面，随后进行退火处理得到有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层；所述的掺有有机分子的反溶剂由如下步骤制备得到：将有机分子溶解到异丙醇中得到含有有机分子的异丙醇溶液，再将得到的异丙醇溶液加入反溶剂中，得到掺有有机分子的反溶剂。

2.根据权利要求1所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的掺有有机分子的反溶剂中有机分子的浓度为0.1～0.5mg/ml。

3.根据权利要求1或2所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的含有有机分子的异丙醇溶液中有机分子的浓度为1-10mg/ml，反溶剂为乙酸乙酯。

4.根据权利要求1或2所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的有机分子选自3,3,3-三氟丙胺盐酸盐，2,2,3,3-五氟丙胺盐酸盐，3-氨基丙硫醇盐酸盐，2-氯乙胺盐酸盐，半胱胺盐酸盐，o-(4-硝基苄基)羟胺盐酸盐，聚(异硫氰酸荧光素烯丙胺盐酸盐)，三氟乙氧基胺盐酸盐和[(5-氟-1h-苯并咪唑-2-基)甲基]胺二盐酸盐的一种或几种。

5.根据权利要求1或2所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，每平方厘米的钙钛矿前驱体薄膜上滴加20-40μl掺有有机分子的反溶剂。

6.根据权利要求1或2所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的电子传输层的厚度为10～40nm；有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层的厚度为500～800nm；空穴传输层的厚度为100～300nm；电极层的厚度为50～150nm。

7.根据权利要求1或2所述的柔性钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的柔性导电层的材质为ito透明导电pen或ito透明导电pet；所述的电子传输层的材质为二氧化锡；所述的钙钛矿吸光层的材质为金属卤化物钙钛矿，金属卤化物钙钛矿的晶体结构为abx3，a选自有机阳离子或者无机阳离子中的至少一种，b选自二价金属离子，x选自卤素离子；所述的空穴传输层的材质选自spiro-ometad、ptaa中的一种或几种；所述的电极层的材质选自金、银、铜、碳电极、透明导电氧化物电极中的至少一种。

8.权利要求1或2所述的有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层由如下步骤制备得到：将掺有有机分子的反溶剂滴加到正在旋转的钙钛矿前驱体薄膜表面，随后进行退火处理得到有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，退火处理条件为：退火温度100℃～120℃，退火时间30～60分钟。

技术总结本发明公开了一种有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。一种有机分子原位修饰的柔性钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的玻璃基底、中间粘结层、柔性导电层、电子传输层、有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极层，有机分子为有机胺盐类，所述的有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层由如下步骤制备得到：将钙钛矿前驱体溶液在旋涂过程中滴加掺有有机分子的反溶剂，随后进行退火处理得到有机分子原位修饰的钙钛矿吸光层。本发明提出的柔性钙钛矿太阳能电池表现出较好的光伏性能，其中被有机分子修饰后的最优效率达到23.67％。技术研发人员：徐雪青,曹曙光,郑宇鹏,毕卓能,罗时梓,卓玉铃受保护的技术使用者：中国科学院广州能源研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/23