[發明專利]基于埋底界面修飾的錫基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

在審

• 申請號: 202310054844.3
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116322078A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 王昆;楊培輝;陳雅利;康自勇;曹黎;佟宇;王洪強
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H10K30/50
• 分類號: H10K30/50;H10K30/88;H10K71/12;H10K71/40;H10K85/00;H10K85/10;H10K85/20;H10K85/60
• 代理公司: 重慶三航專利代理事務所(特殊普通合伙) 50307
• 代理人: 萬文會

本發明公開了一種基于埋底界面修飾的錫基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，本發明在常規錫基鈣鈦礦太陽能電池的基礎上，引入1?羧甲基?3?甲基咪唑氯鹽（ImAcCl）對埋底界面進行修飾。修飾后的空穴傳輸層表面粗糙度降低，獲得了高結晶度及平整致密的錫基鈣鈦礦薄膜。同時，ImAcCl能夠與錫基鈣鈦礦發生作用，抑制Snsupgt;2+/supgt;氧化、降低缺陷態密度，最終提高錫基鈣鈦礦光伏器件性能。

技術領域

本發明屬于光電子材料技術領域，尤其涉及一種基于埋底界面修飾的錫基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

鹵化鉛鈣鈦礦在光伏領域顯示出了巨大的前景，在過去的十年中，其光電轉換效率（PCE）提升迅速。然而，鉛的毒性對環境及人體有極大危害，發展無鉛鈣鈦礦太陽能電池成為重要趨勢。其中，錫（Sn）基鈣鈦礦由于具有與鉛基鈣鈦礦相似的晶體結構以及更為優越的光電性能，如合適的光學帶隙、較低的激子束縛能和較高的載流子遷移率等，被認為是鉛基鈣鈦礦理想的替代材料。但是Sn基鈣鈦礦還面臨結晶難以控制、易被氧化、缺陷密度高等問題，使光伏器件性能受到嚴重制約。

為了解決上述問題從而進一步提高錫基鈣鈦礦太陽能電池的性能，科研人員提出了多種策略，包括：添加劑工程、界面工程、組分工程等。其中界面工程被廣泛報道，但是許多研究主要集中在鈣鈦礦薄膜與電子傳輸層之間的頂部界面上，錫基鈣鈦礦太陽能電池的埋底界面修飾尚未得到充分的研究。事實上，埋底界面不僅影響載流子提取，也會影響其上沉積的鈣鈦礦薄膜的結晶過程。目前報道的錫基鈣鈦礦太陽能電池大多采用倒置結構，空穴傳輸層常采用poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)?，即PEDOT:PSS，其具有吸濕性和酸性，容易破壞鈣鈦礦薄膜產生大量缺陷。另一方面空穴傳輸層與鈣鈦礦接觸的埋底界面對鈣鈦礦的結晶與界面缺陷有較大影響，粗糙的空穴傳輸層表面會導致與鈣鈦礦薄膜的接觸變差，從而影響器件性能。通過埋底界面改性，有望改善界面接觸，調控薄膜的結晶過程，減少缺陷濃度并抑制Sn²⁺的氧化，有利于器件性能的提高。然而截至目前關于錫基鈣鈦礦太陽能電池埋底界面的報道非常有限，光伏器件的性能仍不理想。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明的目的在于提供一種埋底界面改性提升錫基鈣鈦礦太陽能電池光伏性能的方法，通過調控結晶、抑制氧化、減少缺陷等多方面提升器件性能，以推進錫基鈣鈦礦太陽能電池的實際應用。

具體的，本發明提供了一種基于埋底界面修飾的錫基鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。將均勻沉積的氧化銦錫ITO玻璃作為電池陽極，在ITO上沉積一層PEDOT:PSS薄膜，作為空穴傳輸層，在空穴傳輸層上旋涂1-羧甲基3-甲基咪唑氯鹽（ImAcCl）溶液作為埋底界面修飾層，在埋底界面修飾層上沉積一層鈣鈦礦作為光吸收層，在光吸收層上沉積一層[6,?6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯（PCBM）作為電子傳輸層，在電子傳輸層上沉積一層浴銅靈（BCP）作為緩沖層，在緩沖層上通過真空蒸鍍一層銀膜作為電池的陰極；所述鈣鈦礦光吸收層為甲脒錫碘溴鈣鈦礦薄膜。

進一步的，使用旋涂法制備空穴傳輸層，將PEDOT:PSS滴加到預處理的導電基底上，以每分鐘4000-6000轉的轉速旋涂30秒，然后100-160℃退火15-30分鐘，形成空穴傳輸層。

更進一步的，氧化銦錫ITO玻璃的預處理過程具體為：依次采用洗滌劑、蒸餾水、乙醇、丙酮和異丙醇清洗ITO導電玻璃，氮氣吹干，然后用臭氧等離子體處理15分鐘。

進一步的，使用旋涂法制備埋底界面修飾層，將濃度為1.0-8.0mg/mL的1-羧甲基3-甲基咪唑氯鹽的甲醇溶液滴加到空穴傳輸層上，以每分鐘4000-6000轉旋涂30秒，之后70-90℃退火10-20分鐘，制得埋底界面修飾層。