一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池

本发明涉及能源，特别是一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池。

背景技术：

1、近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争,并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此研究和发展高效率、低成本的新型太阳电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注。

2、目前，钙钛矿太阳能电池(pscs)由于在组成工程、相稳定工程、接触和界面工程以及缺陷钝化等方面的进步，经认证的钙钛矿太阳电池的光电转化效率已从3.8％增长到如今超过26％，并进一步提升，但其商业化道路还需一定时间的沉积。通常，高效pscs的制备分多个步骤依次沉积：空穴传输层、钙钛矿吸收层、界面处理层、电子传输层和顶电极。在不牺牲设备效率的情况下简化可再生能源技术的制造过程对于降低商业化障碍至关重要。在这种情况下，为了提高钙钛矿太阳电池(pscs)的可制造性，急需一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池。

技术实现思路

1、基于以上问题，本发明提供了一种一步溶液涂层工艺，其中孔选择接触、钙钛矿光吸收剂自发形成，并进一步调节自主装分子的自沉积，从而产生高效的倒置pscs。我们观察到，在钙钛矿薄膜加工过程中，加入到钙钛矿前驱体溶液中的磷酸在氧化铟锡衬底上自组装。当钙钛矿结晶时，它们形成坚固的自组装单层，作为优良的孔选择接触。

2、本发明通过具备羧酸结构的对称分子修饰钙钛矿光吸收层，调控晶体薄膜的覆盖性、均匀性及与ito表面的接触性，减少针孔的形成，将sam分子及具备羧酸结构的对称分子加入到几种不同类型的钙钛矿前驱体中，解决了在将钙钛矿加工到sam上时遇到的关键润湿问题、简化了可制造性同时改善了钙钛矿与ito的接触性，并在适当的缺陷钝化后保持高效率。该方法可用于不用的钙钛矿前驱体、不同的sam分子及涂层方法。

3、为达到以上目的，本实验提供了一种技术方案：

4、一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池。该太阳电池结构自下而上依次包括：导电衬底(ito)、吸光层、界面修饰层、电子传输层、空穴阻挡层和顶电极。本发明具体制备方法为：

5、吸光层制备：透明玻璃基底紫外臭氧处理15min，待基板冷却后以1000rpm(5s)、4000rpm(30s)旋涂吸光层，然后在100℃下退火30min，以制备吸光层。

6、界面修饰层制备：待吸光层退火结束冷却后，以3000rpm(30s)旋涂，然后100℃退火10min，以制备界面修饰层。

7、电子传输层制备：待界面修饰层退火结束冷却后，以1500rpm(35s)旋涂，然后100℃退火10min，以制备电子传输层。

8、空穴阻挡层制备：待电子传输层退火结束冷却后，以4000rpm(30s)旋涂，以制备空穴阻挡层。

9、在实例中，优选的吸光层为ch3nh3pbi3、ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbcl3、ch(nh2)2pbi3、ch(nh2)2pbbr3、ch(nh2)2pbcl3、cspbi3、ch3nh3pbixbr3-x、ch3nh3pbixcl3-x、ch(nh2)2pbixbr3-x、ch(nh2)2pbixcl3-x、(ch3nh3)xfa1-xpbi3、csx(ch3nh3)y(ch(nh2)2)1-x-y、pbi3csx(ch3nh3)y(ch(nh2)2)1-xpbimbr3-x中的一种或两种，光吸收层的厚度为400nm-600nm。

10、在实例中，优选的界面修饰层为peai、f-peai、peacl、peabr中的一种或两种。

11、在实例中，优选的电子传输层为sno2、tiox、zno、zns、cds、cdse、zn2so4、basno3、srtio4、c60、pcbm或pc61bm中的一种或两种。

12、在实例中，优选的导电层为fto、ito、izo、azo材料中的一种或两种。

13、在实例中，优选的顶电层为铝、银、金、钛、钯、镍、铬、铜中的一种或两种。

14、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

15、(1)本发明提供了一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池，调控了钙钛矿在透明玻璃基底上的沉积接触性，使其具备优良的孔选择接触。

16、(2)本发明在光吸收层中所掺杂自主装分子(sam)dmacpa，与未修饰相比，解决了空穴传输层浸润性差的问题，简化了器件制造，提高了钙钛矿太阳电池的可制造性。

17、(3)本发明在光吸收层中进一步掺杂含羧酸的对称分子，改善了sam分子自沉积、改善了钙钛矿与透明导电基底的接触性，有利于电荷传输，提高了电池性能。

18、(4)本发明所提供的一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池的光转换效率相对于未修饰太阳能电池22％提升至超过25％，并具备优异的稳定性。

技术特征：

1.一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池，其钙钛矿太阳电池器件结构自下而上为：导电衬底(ito)、吸光层、界面修饰层、电子传输层、空穴阻挡层和顶电极，其特征在于：该调控方法是将4,4-(4-氨基-4h-1,2,4-三唑-3,5-二基)二苯甲酸(4-abt)作为钙钛矿前驱体添加剂，在钙钛矿与导电衬底之间形成二维钙钛矿。

2.根据权利要求1所述的4,4-(4-氨基-4h-1,2,4-三唑-3,5-二基)二苯甲酸(4-abt)掺杂钙钛矿前驱体，其特征在于：4-abt分子对称，左右两边各含有一个羧基基团，三唑基团的顶部连接一个质子化氨基，皆可与钙钛矿作用。

3.根据专利要求1所述前驱体添加剂，其特征在于：将abt分子以不同浓度掺杂于钙钛矿前驱体溶液，置于加热台，加热搅拌1h，然后在准备好的ito表面一步法制备钙钛矿薄膜。

4.根据专利要求3所述的钙钛矿前驱体掺杂溶液，其特征为：直接将abt掺杂于钙钛矿前驱体溶液中，浓度为0.6mg/ml。

5.根据专利要求1所述调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池，其特征在于：所采用的吸光层为ch3nh3pbi3、ch3nh3pbbr3、ch3nh3pbcl3、ch(nh2)2pbi3、ch(nh2)2pbbr3、ch(nh2)2pbcl3、cspbi3、ch3nh3pbixbr3-x、ch3nh3pbixcl3-x、ch(nh2)2pbixbr3-x、ch(nh2)2pbixcl3-x、(ch3nh3)xfa1-xpbi3、csx(ch3nh3)y(ch(nh2)2)1-x-y、pbi3csx(ch3nh3)y(ch(nh2)2)1-xpbimbr3-x中的一种。

6.根据权利要求3所述导电基板(ito)，其特征为：无需清洗透明导电玻璃基板，紫外臭氧处理15min，待基板冷却后，采用一步法制备钙钛矿薄膜。

7.根据专利要求3所述的一步法制备钙钛矿薄膜，其特征为：一步法制备钙钛矿薄膜，其反溶剂选择为氯苯(cb)。

8.根据权利要求1所述顶电极，其特征是：使用纯度为99.99％的ag制备顶电极。

9.根据专利要求1中所述的调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池器件的制备步骤，其特征在于：

10.根据专利要求8中所述的调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池器件的制备步骤，其特征为：钝化层的选取在peabr、peai、f-peai中的一种，电子传输层的选取在sno2、tio2、pcbm中的一种。

技术总结本发明公开了一种通过调控钙钛矿自沉积制备高效的反式钙钛矿太阳电池，在反式钙钛矿太阳电池的钙钛矿前驱体中加入一定比例的4,4‑(4‑氨基‑4H‑1,2,4‑三唑‑3,5‑二基)二苯甲酸(4‑ABT)作为添加剂。通过测试表明，将各种分子直接引入到钙钛矿前驱体溶液中，这些分子在钙钛矿薄膜加工过程中既可以与空穴传输层形成良好的孔接触，又可以在ITO衬底上形成；经过适量4‑ABT修饰的器件，其钙钛矿薄膜粗糙度降低、结晶度增加、与ITO的界面接触得到改善，稳定性也得到大幅度提升。最终经修饰后的钙钛矿太阳电池的光电转换效率(PCE)达到25.27％，未封装器件在氮气环境中储存2200小时后保持初始效率的80％。技术研发人员：章文峰,赵慧瑶,周瑞,魏彦北受保护的技术使用者：西南石油大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20