一种通过钙钛矿晶粒二次生长提升钙钛矿太阳能电池性能的方法

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种通过钙钛矿晶粒二次生长提升钙钛矿太阳能电池性能的方法。

背景技术

太阳能作为清洁型能源，已被广泛应用于光伏发电领域。太阳能电池作为一种将太阳能转化成电能的介质已被证明是有效的光电转换手段。钙钛矿材料作为新型光电转换材料已被成功应用于太阳能电池的制备中。对于钙钛矿太阳能电池，目前其所面临的发展瓶颈主要包括其光电转化效率距理论效率极限值仍存在较大提升空间；同时，由于钙钛矿材料的离子特性，使得其成膜后表面的晶界处存在大量的缺陷点（例如：未配位的铅离子），这些缺陷点会成为外界因素（水、氧）侵蚀钙钛矿的主要入侵位点，从而影响了钙钛矿薄膜的稳定性。

鉴于此，钙钛矿表面缺陷的钝化策略常被研究者作为提升钙钛矿太阳能电池性能的有效方法。然而，功能性小分子的钝化只能修饰钙钛矿薄膜晶界处存在的缺陷点，却鲜有能减少钙钛矿薄膜晶界产生的作用。

发明内容

本发明解决的技术问题：限于目前功能性小分子钝化钙钛矿表面缺陷的不完美，即只能钝化晶界处现存的缺陷，却不能减少晶界本身的存在。针对以上技术问题，本发明的目的在于提供一种通过钙钛矿晶粒二次生长提升钙钛矿太阳能电池性能的方法。

本发明通过在退火后的钙钛矿薄膜表面引入ET分子，再通过二次退火的方式得到晶粒尺寸较大的钙钛矿晶粒，有效减少了晶界的存在，从而降低了缺陷点的量。

具体技术方案如下：

一种通过钙钛矿晶粒二次生长提升钙钛矿太阳能电池性能的方法，具体操作如下：

1）使用去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇依次对透明导电基底进行清洗，将清洗干净的基底烘干，等离子体设备处理，放置常温备用；

2）在基底表面再旋涂一层薄膜，所述薄膜为PTAA、PEDOT:PSS、NiOX、TiO

3）称取PbI

4）取适量的巯基乙酸乙酯（ET），使用异丙醇（IPA）为溶剂，配制巯基乙酸乙酯/异丙醇溶液，加热搅拌，冷却至室温，将巯基乙酸乙酯/异丙醇溶液通过旋涂的方式沉积到步骤2）所得钙钛矿薄膜表面，通过退火的方式，得到巯基乙酸乙酯/异丙醇处理后的钙钛矿薄膜；

5）在通过步骤3）得到的处理后的钙钛矿薄膜上沉积电荷传输层和空穴阻挡层；

6）在步骤5）所得的薄膜表面沉积金属电极，得到巯基乙酸乙酯/异丙醇处理后的钙钛矿太阳能电池器件。

进一步地，步骤1）中的透明导电基底为Glass/ITO、Glass/FTO、PEN/ITO、PET/ITO、石墨烯、金属纳米线、碳纳米管、导电聚合物、银、铜或铝薄膜。

进一步地，步骤3）中钙钛矿前驱体溶液沉积到薄膜表面后，100-150℃退火处理10-15分钟，得到钙钛矿薄膜。

进一步地，步骤4）中巯基乙酸乙酯/异丙醇溶液中巯基乙酸乙酯的浓度为3.0 mg/ml。

进一步地，步骤4）中退火的温度为100-150℃，时间为5-10分钟，二次退火（功能分子处理的前提下）有助于钙钛矿晶粒生长。

进一步地，步骤5）中的电荷传输层为PTAA、NiOX、TiO

进一步地，步骤6）中的所述的金属电极为Ag、Au、Cu中的一种或多种的复合电极。

本发明的有益效果在于：

通过在钙钛矿表面引入ET分子，利用二次退火的方式，获得了晶粒尺寸大、质量高且晶界少（即缺陷位点少）的钙钛矿薄膜；同时，由于ET分子中巯基和羰基的作用，使得ET可有效地钝化钙钛矿薄膜表面存在的缺陷点，即未配位的铅离子，从而达到二次钝化的作用，进一步达到提升薄膜性能的目的，从而有益于优化钙钛矿太阳能电池的性能。

附图说明

图1为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜的SEM图。

图2为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜晶粒尺寸统计图。

图3为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜的XRD图。

图4为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜的紫外吸收图。

图5为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜的PL图。

图6为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜的SCLC图。

图7为ET/IPA处理前后钙钛矿薄膜的XPS图。

图8为ET分子和钙钛矿薄膜表面铅离子吸附能的DFT计算图。

图9为ET、PbI2及ET-PbI2的Raman图。

图10为ET/IPA处理前后钙钛矿太阳能电池的JV曲线图。

图11为ET/IPA处理前后钙钛矿太阳能电池的稳定性变化趋势图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明做进一步地说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

基于Glass/ITO/PTAA/PVK/C60/BCP/Ag钙钛矿太阳能电池的制备。

S1.依次使用去离子水、丙酮、乙醇、异丙醇超声清洗Glass/ITO基底，干燥后，使用等离子设备处理后，拿出备用。

S2.将PTAA溶液（2.0 mg/ml， 1ml甲苯）旋涂在Glass/ITO表面（6000转，30秒），退火后（100℃，10分钟），放至常温，得到PTAA薄膜。

S3.称取PbI

S4.取3mg的ET，使用1ml的IPA为溶剂，配制浓度为3mg/ml的ET/IPA溶液，60℃加热搅拌10分钟后，放至室温。随后，将ET/IPA溶液通过旋涂的方式沉积到S3所得PVK薄膜表面，通过二次退火的方式(100℃，5分钟)，得到ET/IPA处理后的PVK薄膜。

S5.依次热蒸发沉积电子传输层C60及空穴阻挡层BCP(2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-菲罗啉)，厚度分别为150 nm、5 nm，沉积速率均为0.01nm/s （真空度小于1 × 10

以步骤S3制备得到的钙钛矿薄膜作为ET/IPA处理前的材料，以步骤S4制备得到的钙钛矿薄膜作为处理后的

由图1和图2可知，ET/IPA处理后的钙钛矿薄膜晶粒尺寸显著增大，晶界明显减少，使得晶界处的缺陷点相对降低。如图3所示，ET/IPA处理后的钙钛矿薄膜具有更强的衍射峰，表明薄膜质量较未处理的有明显提升；此外，如图4所示，ET/IPA处理后的钙钛矿薄膜紫外吸收强度也略微增强，再次印证了ET/IPA处理后具有提升钙钛矿薄膜质量的作用。通过PL测试结果可知，如图5所示，ET/IPA处理后的钙钛矿薄膜具有更低的荧光强度，表明ET/IPA处理后的钙钛矿薄膜非辐射复合现象显著减少，有利于载流子的高效传输。通过SCLC表征测试后发现（如图6），ET/IPA处理后的钙钛矿具有更低的V