[發明專利]一種原位生成水、熱穩定的鈍化層及具有鈍化層的鈣鈦礦太陽能電池

有效

• 申請號: 202110273934.2
• 申請日: 2021-03-15
• 公開（公告）號: CN113224239B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 羅景山;王渙渙;張狀
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種原位生成具有自限制效應的水、熱穩定的鹵化鉛基有機無機雜化鈍化層的制備，其特征在于，鈍化層的制備包括以下內容：

（1）鹵化鉛基有機無機雜化材料鈍化層是通過在鈣鈦礦薄膜表面上旋涂或者浸泡一種與鈣鈦礦中的碘化鉛發生反應生成鹵化鉛基有機無機雜化材料的有機鹽類配體溶液而生成的，該鹵化鉛基有機無機雜化材料的有機分子與無機網絡間通過化學鍵，化學鍵包括共價鍵、氫鍵、離子鍵其中的一種或其組合，使得雜化配合物材料在“分子水平上”復合，在分子水平上融合兩個組分優點而生成的一種新型材料；有機鹽類配體溶液一端含有游離鹵素(Cl、Br、I)中的一種，另一端含有銨鹽陽離子的基團，其中銨鹽陽離子的基團包括四甲基銨鹽、四丁基銨鹽的鹵素季銨鹽，n-甲基二苯基的苯基鹵素銨鹽中的一種或其組合；

（2）有機鹽類配體溶液通過反應與鈣鈦礦中的碘化鉛共面、共邊或共頂點方式，相連的鹵化鉛配位多面體可以形成單核/多核簇結構，或者形成一維、二維或三維結構，該鹵化鉛基有機無機雜化材料具有優異的水、熱穩定性；

（3）通過旋涂或浸泡法后處理原位反應，在鈣鈦礦薄膜上層生成一層致密的鹵化鉛基有機無機雜化材料，該水、熱穩定鈍化層一方面是由與鈣鈦礦中的碘化鉛發生反應成鍵而產生的鹵化鉛基有機無機雜化材料，起到缺陷鈍化的作用，另一方面生成的水熱穩定鈍化層能夠抵御水分并抑制鈣鈦礦內的離子向外擴散遷移，具有保護作用，極大的提高器件的穩定性；

（4）該反應具有自限制效應，即在鈣鈦礦薄膜表層生成一層致密的鹵化鉛基有機無機雜化材料后，生成的鈍化層將限制鈣鈦礦中深層碘化鉛與鹽類的反應，該鈍化層位于表面，不影響載流子的傳輸；

所述有機鹽類配體溶液的濃度為0.1 mM~40 mM，旋涂的轉速為2000~6000 rmp，時間為20~60 s；浸泡的時間為5 s~1 h。

2.一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其中所述鈣鈦礦太陽能電池包括如權利要求1所述的制備方法得到的鈍化層，其過程如下：

（1）將覆蓋有透明導電金屬氧化物的基底依次放入常規洗滌劑、去離子水、丙酮、異丙醇中各進行超聲清洗5~15 min；

S1：進一步地，所述基底為硬質玻璃或者柔性襯底；

S2：進一步地，所述的導電金屬氧化物為錫摻雜的二氧化銦(ITO)或氟摻雜的二氧化錫(FTO)；

（2）將清洗干凈的基底干燥后放入紫外臭氧清洗機中處理20 min或者放入等離子體清洗機中70W功率下處理 5 min；

（3）把制備好的電子傳輸層或空穴傳輸層前驅體溶液旋涂在導電基底上，并在設定的溫度下進行退火；

S3：進一步地，所述的電子傳輸層的材料選自二氧化錫膠體水溶液、平面二氧化鈦(TiO₂)、介孔二氧化鈦(TiO₂)、氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(ZnO:Al)、 [6，6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC₆₁BM)/ [6，6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯(PC₇₁BM)中的一種或幾種；

S4：進一步地，所述的空穴傳輸層的材料選自PTAA，spiro-OMeTAD、P3HT、PEDOT：PSS、氧化錫、氧化鎳、氧化鋅等有機聚合物，有機共軛小分子和無機半導體；

（4）在制備好的導電基底/電子傳輸層或導電基底/空穴傳輸層基底上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，并在旋涂結束后進行退火處理；

S5：進一步地，所述的鈣鈦礦活性層的材料選自MAPbI_xBr_yCl_3-x-y、FAPbI_xBr_yCl_3-x-y、CsPbI_xBryCl_3-x-y、 Cs_zFA_1-zPbI_xBr_yCl_3-x-y、Cs_zFA_kMA_1-z-kPbI_xBr_yCl_3-x-y、 (FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x中的一種或幾種；其中，x＝0～3，y＝0～3，z＝0～3，k＝0～3；

（5）在退火后的鈣鈦礦薄膜上通過旋涂或者浸泡與鈣鈦礦中碘化鉛發生反應能夠生成鹵化鉛基有機無機雜化材料的鹽類配體溶液；

S6：進一步地，所述的能夠生成鹵化鉛基有機無機雜化材料的鹽類配體溶液具體指四甲基銨鹽、四丁基銨鹽鹵素季銨鹽、n-甲基二苯基的苯基鹵素銨鹽中的一種或其組合；

S7：進一步地，所述的鹽類溶液的濃度為0.1 mM~40 mM，旋涂的轉速為2000~6000 rmp，時間為20~60 s；浸泡的時間為5 s~1 h；

（6）在原位生成水、熱穩定鈍化層薄膜上旋涂制備空穴傳輸層/電子傳輸層；

S8：進一步地，所述的電子傳輸層的材料選自二氧化錫、二氧化鈦(TiO₂)、氧化鋅(ZnO)、摻鋁氧化鋅(ZnO:Al)、 [6，6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯(PC₆₁BM)/ [6，6]-苯基-C₇₁-丁酸甲酯(PC₇₁BM)/C60 中的一種或幾種；

S9：進一步地，所述的空穴傳輸層的材料選自PTAA、spiro-OMeTAD、P3HT、PEDOT：PSS、氧化錫、氧化鎳、氧化鋅等有機聚合物，有機共軛小分子和無機半導體；

（7）在高真空蒸發鍍膜機中蒸鍍60~120 nm 的電極；

S10：進一步地，所述的電極材料選自金、銀、銅、碳中的一種或幾種。