一种基于溴化铵界面修饰的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，更具体的说是涉及一种基于溴化铵界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。

2、目前，钙钛矿太阳能电池的最高功率转换效率已经超过26％。但是，使用反溶剂快速结晶制备钙钛矿薄膜的一步溶液法，存在结晶动力学难以操控、对气氛要求较高和重复性不太理想的问题。两步顺序沉积法制备钙钛矿薄膜，先通过预生成pbi2晶核，再沉积有机盐或无机卤化铯，能更好的操纵钙钛矿结晶，表现出优越的可重复性，然而，两步法生长的钙钛矿薄膜存在大量晶界和界面缺陷，这些晶界和缺陷作为非辐射复合中心降低voc。此外，两步法生长的钙钛矿薄膜质量高度依赖于有机盐或无机卤化铯在pbi2中的扩散过程，当固液反应不足时，钙钛矿薄膜底部会残留易光降解的pbi2薄层，这一薄层pbi2会进一步阻碍光生电荷的输运，造成voc损失。

3、目前，诸多工作报道了消除过量pbi2和界面处理的工作，如引入添加剂材料和上界面钝化材料对钙钛矿层的晶粒和上表面缺陷进行修饰，但是对于钙钛矿层底部界面的钝化修饰仍处于发展阶段。将钙钛矿底部界面修饰材料预沉积在衬底上，极易被后续钙钛矿薄膜的沉积过程破坏，如何有效对钙钛矿底部界面缺陷态进行修饰有待进一步研究和解决。

4、因此，如何开发一种便捷有效的底部界面钝化工艺，对于提升钙钛矿太阳能电池的效率是十分必要的。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于溴化铵界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以解决现有技术中两步溶液旋涂法制备钙钛矿薄膜时极易在底部残留过剩pbi2和钙钛矿层下界面(埋底界面)钝化难以实现的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于溴化铵界面修饰的钙钛矿太阳能电池，从下至上依次为透明导电衬底、电子传输层、溴化铵修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极。

4、进一步，上述透明导电衬底为ito(氧化铟锡)导电玻璃或fto(sno2:f)导电玻璃；电子传输层为sno2(氧化锡)或tio2(二氧化钛)；钙钛矿吸光层的结构通式为apbx3，其中，a为ma+、fa+和cs+中的至少一种，x为br-和i-中的至少一种，优选为maipbi3钙钛矿或faipbi3钙钛矿；空穴传输层为spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)；金属电极为au(金)或ag(银)。

5、一种上述基于溴化铵界面修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：

6、(1)将ito导电玻璃或fto导电玻璃进行清洗并吹干，得到透明导电衬底；

7、(2)将sno2纳米分散液或tio2纳米分散液旋涂于透明导电衬底上，退火处理，得到电子传输层；

8、(3)将溴化铵/无水乙醇溶液旋涂于电子传输层上，室温静置，得到溴化铵修饰层；

9、(4)将钙钛矿前驱体溶液采用两步法旋涂于溴化铵修饰层上，退火处理，得到钙钛矿吸光层；

10、(5)将spiro-ometad前驱体溶液旋涂于钙钛矿吸光层上，氧化处理，得到空穴传输层；

11、(6)在空穴传输层上真空蒸镀au金属电极或ag金属电极，即得所述基于溴化铵界面修饰的钙钛矿太阳能电池。

12、进一步，上述步骤(1)中，清洗并吹干具体为：先将透明导电衬底依次在去离子水、丙酮和ipa(异丙醇)中分别超声清洗10～30min，然后用乙醇冲洗干净，最后用氮气吹干。

13、进一步，上述步骤(2)中，sno2纳米分散液或tio2纳米分散液的质量浓度为2.0％～5.0％，旋涂量为40～100μl/cm2；旋涂的转速为2000～4000rpm，时间为30～40s；退火处理的温度为140～160℃，时间20～40min。

14、进一步，上述步骤(3)中，溴化铵/无水乙醇溶液的浓度为0.1～5mg/ml，旋涂量为15～20μl/cm2；旋涂的转速为3000～5000rpm，时间为20～40s；室温静置的时间3～10min。

15、进一步，上述步骤(4)中，钙钛矿前驱体溶液为mapbi3(ch3nh3pbi3，甲胺铅碘盐)钙钛矿前驱体溶液或fapbi3(ch(nh2)2pbi3，甲脒铅碘盐)钙钛矿前驱体溶液；两步法旋涂具体为：首先旋涂pbi2/dmso/dmf溶液，退火处理，冷却，然后旋涂mai/macl/ipa溶液或fai/macl/ipa溶液，再次退火处理。

16、更进一步，上述pbi2/dmso/dmf溶液中，pbi2(碘化铅)的浓度为1.5mol/l，dmso(二甲基亚砜)和dmf(n,n-二甲基甲酰胺)的体积比为1:9；pbi2/dmso/dmf溶液的旋涂量为15～20μl/cm2，旋涂转速为1200～2000rpm，旋涂时间为30～40s；退火处理的温度为60～80℃，时间为30～120s；

17、mai/macl/ipa溶液或fai/macl/ipa溶液中，mai(ch3nh3i，甲基碘化胺盐)或fai(ch(nh2)2i，甲脒氢碘酸盐)的浓度为0.6～0.9mol/l，macl(ch3nh3cl，甲基氯化胺盐)的质量浓度为10％～20％；mai/macl/ipa溶液或fai/macl/ipa溶液的旋涂量为10～30μl/cm2，旋涂转速为1500～2000rpm，旋涂时间为30～40s；再次退火处理的湿度为30％～40％，温度为100～380℃，时间为10～30min。

18、进一步，上述步骤(5)中，spiro-ometad前驱体溶液由每1ml氯苯中加入72.3mg的spiro-ometad粉末、28.8μl的4-叔丁基吡啶和17.5μl浓度为500mg/ml的li-tfsi(双三氟甲烷磺酰亚胺锂)乙腈溶液混合制得，旋涂量为12～20μl/cm2；旋涂的转速为3000～5000rpm，时间为30～40s；氧化处理的设备为干燥器，湿度不超过10％，时间为8～24h。

19、进一步，上述步骤(6)中，真空蒸镀的真空度不大于5.0×10-4pa。

20、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

21、本发明通过预沉积策略，在电子传输层和钙钛矿界面之间预沉积了一层溴化铵，作为钙钛矿薄膜的埋底界面钝化材料，其成效在于溴化铵分子和钙钛矿中铅离子和碘离子之间的相互作用，成功减少了钙钛矿薄膜底部残余pbi2的量，有效钝化钙钛矿薄膜缺陷，同时调控了钙钛矿薄膜的结晶生长，促进钙钛矿薄膜(111)晶面的优先生长，提高钙钛矿薄膜生长质量，并且有效抑制了埋底界面(底界面)处陷阱密度和界面复合，增强载流子提取，从而有效提高了钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

22、本发明工艺简单，成本低廉，具有良好的商业应用前景。