一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及光伏电池，具体为一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，倒置结构的钙钛矿太阳能电池(perscs)因其简单的制造工艺，与串联器件的兼容性和可靠的稳定性而受到广泛关注。然而，由于制备工艺存在高温退火和快速结晶过程，在钙钛矿薄膜和电荷传输层之间的界面上不可避免地存在大量缺陷，这些缺陷会在界面处产生严重非辐射复合，使得器件效率严重降低。缺陷对perscs的影响如下：

2、(1)主要出现在钙钛矿上表面的缺陷，容易导致带隙中的深度陷阱，通常作为降低开路电压(voc)输出的非辐射复合中心；

3、(2)在光、热或电应力的作用下，这些缺陷会降低离子迁移能垒，从而降低钙钛矿薄膜的稳定性或限制载流子的转移；

4、(3)在外加电场作用下，这些缺陷会导致界面电容的增强，载流子可以轻松的带电和放电，从而导增大钙钛矿的迟滞。

5、现有技术常使用界面修饰层来钝化钙钛矿薄膜的方式来减少缺陷，但是存在钝化分子的作用相对单一，或者只能钝化薄膜表面而无法深入钙钛矿内部的问题。因此，如何进一步减少薄膜缺陷，降低界面处的非辐射复合对于开发高效稳定商用的钙钛矿太阳能电池十分重要。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过在钙钛矿活性层引入三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯分子，使分子分散在钙钛矿表面和钙钛矿内部，以调控钙钛矿结晶，可以有效减少钙钛矿层的薄膜缺陷，以获得高质量的吸光材料及高性能反式钙钛矿电池。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种反式钙钛矿太阳能电池，所述反式钙钛矿太阳能电池的结构从上到下包括：金属电极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和衬底玻璃，所述钙钛矿活性层含有三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯。

4、优选地，所述金属电极材料选自金、银、铜、铝中的任意一种。

5、优选地，所述电子传输层材料选自pcbm、bcp中的任意一种或几种。

6、优选地，所述钙钛矿活性层材料选自机胺盐、卤化铅盐中的一种或几种。

7、优选地，所述空穴传输层材料选自meo-2pacz、氧化铝中的任意一种或几种。

8、优选地，所述衬底玻璃材料为ito或fto。

9、第二方面，本发明提供一种反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

10、s1、预处理衬底玻璃；

11、s2、在所述衬底玻璃上沉积空穴传输层；

12、s3、在所述空穴传输层上沉积钙钛矿活性层：制备钙钛矿前驱体溶液和含有三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯的反溶剂，将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述空穴传输层上，在即将旋涂完的最后5s内，开始滴加并滴加完所述反溶剂，然后进行退火，得到钙钛矿活性层；

13、s4、在所述钙钛矿活性层上沉积电子传输层；

14、s5、在所述电子传输层上沉积金属电极。

15、优选地，所述s1具体为：将衬底玻璃清洗后再用臭氧处理。在本发明的一些实施例中，所述衬底玻璃依次经洗涤剂、去离子水、异丙醇、丙酮、无水乙醇超声处理后用氮气吹干备用，再用臭氧处理。

16、优选地，所述衬底玻璃材料为ito或fto。

17、优选地，所述s2具体为：将空穴传输层材料溶解于溶剂中沉积在所述衬底玻璃上。

18、优选地，所述空穴传输层材料的浓度为0.5mg/ml。

19、优选地，所述空穴传输层材料选自meo-2pacz、氧化铝中的任意一种或几种。

20、优选地，所述s3中，制备前驱体溶液为：将钙钛矿活性层材料溶解于溶剂中，所述溶剂为体积比为4:1的dmf和dmso。

21、优选地，所述钙钛矿活性层材料选自机胺盐、卤化铅盐中的一种或几种。

22、优选地，所述s3中反溶剂的制备为：将三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯溶解在苯甲醚中。

23、优选地，所述s3的反溶剂中三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯的浓度为10-20μl/ml。示例性地，所述s3的反溶剂中三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯的浓度为10、15、18、20μl/ml中的任意一者或两者之间的数值。

24、优选地，所述s3中，旋涂钙钛矿前驱体溶液和滴加反溶剂的过程具体为：钙钛矿前驱体溶液在所述空穴传输层上进行两步旋涂，两步旋涂参数分别为转速1000rad/min，加速度500rad/min，旋涂时间10s和转速4500rad/min，加速度3000rad/min，旋涂时间40s，在总时间第45s的时候，开始滴加所述反溶剂溶液进行萃取，萃取时间为2s。

25、优选地，所述s3中的退火温度为150℃，时间为30min。

26、优选地，所述s4具体为：将电子传输层材料溶解于溶剂中，沉积在所述钙钛矿活性层表面。

27、优选地，所述电子传输层材料的浓度为0.5～30mg/ml。

28、优选地，所述电子传输层材料选自pcbm、bcp中的任意一种或几种。

29、优选地，所述金属电极材料选自金、银、铜、铝中的任意一种。

30、本发明的有益效果是：

31、本发明反式钙钛矿太阳能电池的结构中，在钙钛矿活性层引入三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯分子，分子分散在钙钛矿表面和钙钛矿内部，可以调控钙钛矿结晶，从而有效地减少了钙钛矿层的薄膜缺陷，提高了钙钛矿薄膜的平均载流子寿命，减少了器件的界面复合损失，同时降低了钙钛矿薄膜的粗糙度，改善了器件的能级排布，从而提高了太阳能器件的功率转换效率，同时器件的各种稳定性也有了显著的改善，促进了钙钛矿太阳能电池的大规模和商业化进程。

32、本发明的制备方法中，通过将三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯引入到钙钛矿薄膜制备的反溶剂中，实现对钙钛矿薄膜的结晶调控，以获得高质量的吸光材料及高性能反式钙钛矿电池，其中，三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯以三个作用位点与钙钛矿薄膜相互作用：1)三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯中的p＝o键相当于路易斯碱的作用可以钝化未配位的能够与钙钛矿中的铅离子(pb2+)形成配位键，有效钝化正电荷缺陷；2)三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯中的cf3可以与钙钛矿中的fa+/ma+基团相互作用形成氢键；3)三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯中的c-o键也与不配位的pb2+/pb0紧密结合，从而钝化缺陷并调节钙钛矿结晶。

1.一种反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述反式钙钛矿太阳能电池的结构从上到下包括：金属电极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和衬底玻璃，所述钙钛矿活性层含有三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯。

2.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属电极材料选自金、银、铜、铝中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层材料选自pcbm、bcp中的任意一种或几种。

4.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿活性层材料选自机胺盐、卤化铅盐中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层材料选自meo-2pacz、氧化铝中的任意一种或几种。

6.一种反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s3中，制备前驱体溶液为：将钙钛矿活性层材料溶解于溶剂中，所述溶剂为体积比为4:1的dmf和dmso。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s3中反溶剂的制备为：将三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯溶解在苯甲醚中。

9.根据权利要求6～8任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述s3的反溶剂中三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯的浓度为10-20μl/ml。

10.根据权利要求6～8任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述s3中，旋涂钙钛矿前驱体溶液和滴加反溶剂的过程具体为：钙钛矿前驱体溶液在所述空穴传输层上进行两步旋涂，两步旋涂参数分别为转速1000rad/min，加速度500rad/min，旋涂时间10s和转速4500rad/min，加速度3000rad/min，旋涂时间40s，在总时间第45s的时候，开始滴加所述反溶剂溶液进行萃取，萃取时间为2s。