本發(fā)明涉及光伏電池，具體而言涉及一種埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池具有制備工藝簡單、成本低、操作穩(wěn)定性高、易于規(guī)?；苽浜鸵子诙询B的優(yōu)點而成為研究的熱點，目前單結(jié)小面積電池效率已經(jīng)超過26％，然而與其理論效率極限值仍然有較大提升空間。

2、在反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池中空穴傳輸層不僅需要快速提取空穴并阻隔電子，同時還要能夠調(diào)控鈣鈦礦底部形貌，形成空穴傳輸層與鈣鈦礦吸光層的良好接觸。小分子自組裝空穴傳輸材料me-4pacz具有高度極性，同時具有較高的熱穩(wěn)定性和溶解性，因而被認為是制備高效反式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽電池的優(yōu)選材料之一。然而鈣鈦礦前軀體溶液在me-4pacz空穴傳輸層上的浸潤性較差，導致鈣鈦礦覆蓋率較低、容易形成針孔、晶體結(jié)構(gòu)不完善等缺陷。為制得高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，制備過程中需要消耗大量鈣鈦礦前軀前驅(qū)液，導致鈣鈦礦前軀前驅(qū)液的極大浪費。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的之一是提供一種埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，通過在空穴傳輸材料中添加埋底界面修飾材料(2-苯乙基)膦酸，能夠有效提高鈣鈦礦前驅(qū)液在me-4pacz空穴傳輸層上的浸潤性，改善空穴傳輸層和鈣鈦礦層的界面接觸，同時減少鈣鈦礦前驅(qū)液的使用。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，結(jié)構(gòu)上包括依次層列的基底、導電層、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、電子傳輸層和金屬對電極，所述空穴傳輸層組分上包括空穴傳輸材料[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸即me-4pacz，以及修飾空穴傳輸材料的埋底界面修飾材料(2-苯乙基)膦酸，(2-苯乙基)膦酸與me-4pacz的質(zhì)量比為(1～2):5。

3、作為埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池進一步的改進：

4、優(yōu)選的，所述空穴傳輸層的厚度為3nm～6nm。

5、優(yōu)選的，鈣鈦礦吸光層的材料為cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3。

6、優(yōu)選的，所述金屬對電極的材料為金或銀或銅或鋁，金屬對電極的厚度為80nm～120nm。

7、本發(fā)明的目的之二是提供一種上述任意一項所述埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，包括如下步驟：

8、s1、制得具有導電層的基底；

9、s2、將[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸、(2-苯乙基)膦酸依次加入到有機溶液中，制得空穴傳輸層前驅(qū)液；使用空穴傳輸層前驅(qū)液，在導電層上制備空穴傳輸層；

10、s3、在空穴傳輸層表面上制備鈣鈦礦吸光層；

11、s4、在鈣鈦礦吸光層上制備電子傳輸層；

12、s5、在電子傳輸層表面上制備金屬對電極層，即制得埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池。

13、作為埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法進一步改進：

14、優(yōu)選的，步驟s2中所述的空穴傳輸層前驅(qū)液中，me-4pacz的濃度為0.3mg/ml～0.5mg/ml，其中(2-苯乙基)膦酸與me-4pacz的質(zhì)量比為(1～2):5，所述有機溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇中的一種或兩種以上的組合。

15、優(yōu)選的，步驟s3中，將二甲基甲酰胺dmf和二甲基亞砜dmso按照6:1的體積比混合得到混合溶劑，將甲基氯化銨macl以及可組成cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3的材料加入混合溶劑中，置于60℃下加熱攪拌2小時，得到鈣鈦礦前驅(qū)液；使用鈣鈦礦前驅(qū)液，通過制膜工藝，在空穴傳輸層表面上制備鈣鈦礦吸光層。

16、優(yōu)選的，鈣鈦礦前驅(qū)液中macl的添加濃度為0.195m，cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3的添加濃度為1.3m。

17、優(yōu)選的，步驟s2中通過溶液旋涂法或溶液浸泡法在潔凈的導電層上制備空穴傳輸層；步驟s3中通過旋涂法或涂布法或蒸發(fā)鍍膜的制膜工藝，在空穴傳輸層表面上制備鈣鈦礦吸光層；步驟s4中通過采用旋涂法或原子層沉積或真空蒸鍍或磁控濺射技術(shù)，在鈣鈦礦吸光層上制備電子傳輸層；步驟s5中采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，在電子傳輸層表面上制備金屬對電極層。

18、優(yōu)選的，步驟s3中采用旋涂法制備鈣鈦礦吸光層時，旋涂過程中在旋涂層表面滴加反溶劑，所述反溶劑為氯苯、甲苯、甲醚、乙醚、乙酸乙酯、乙醇中的一種。

19、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的有益效果在于：

20、1)本發(fā)明提供一種埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，通過在空穴傳輸材料中添加埋底界面修飾材料(2-苯乙基)膦酸，能夠有效提高鈣鈦礦前驅(qū)液在me-4pacz空穴傳輸層上的浸潤性，改善空穴傳輸層和鈣鈦礦層的界面接觸。具有兩親性的me-4pacz溶解到有機溶劑中時會自發(fā)地形成微團結(jié)構(gòu)，從而導致該材料在導電玻璃表面產(chǎn)生團聚和不完全覆蓋，(2-苯乙基)膦酸的摻入不僅可抑制me-4pacz微團的形成，同時(2-苯乙基)膦酸中具有親水性的磷酸基團可吸附在導電玻璃的表面，從而促使me-4pacz分子在導電玻璃的表面的規(guī)則排列。本發(fā)明通過引入(2-苯乙基)膦酸有效提高了空穴傳輸層的表面浸潤性，鈣鈦礦結(jié)晶形貌得以改善，同時大大降低了鈣鈦礦前驅(qū)液的使用。

21、2)本發(fā)明將可組成cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3的材料以及甲基氯化銨macl加入混合溶劑中溶解，得到鈣鈦礦前驅(qū)液；然后采用制膜工藝，制得材料為cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3的鈣鈦礦吸光層。該材料具有1.54ev的禁帶寬度，光譜吸收范圍覆蓋可見光至波長805nm，有效保證了太陽電池的光生電流密度，同時采用該材料所制備的太陽電池也可獲得高達1.2v的開路電壓，從而實現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率。

技術(shù)特征：

1.一種埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，結(jié)構(gòu)上包括依次層列的基底、導電層、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、電子傳輸層和金屬對電極，其特征在于，所述空穴傳輸層組分上包括空穴傳輸材料[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸即me-4pacz，以及修飾空穴傳輸材料的埋底界面修飾材料(2-苯乙基)膦酸，(2-苯乙基)膦酸與me-4pacz的質(zhì)量比為(1～2):5。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，其特征在于，所述空穴傳輸層的厚度為3nm～6nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，其特征在于，鈣鈦礦吸光層的材料為cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池，其特征在于，所述金屬對電極的材料為金或銀或銅或鋁，金屬對電極的厚度為80nm～120nm。

5.一種權(quán)利要求1-4任意一項所述埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟s2中所述的空穴傳輸層前驅(qū)液中，me-4pacz的濃度為0.3mg/ml～0.5mg/ml，其中(2-苯乙基)膦酸與me-4pacz的質(zhì)量比為(1～2):5，所述有機溶劑為乙醇、甲醇、異丙醇中的一種或兩種以上的組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟s3中，將二甲基甲酰胺dmf和二甲基亞砜dmso按照6:1的體積比混合得到混合溶劑，將甲基氯化銨macl以及可組成cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3的材料加入混合溶劑中，置于60℃下加熱攪拌2小時，得到鈣鈦礦前驅(qū)液；使用鈣鈦礦前驅(qū)液，通過制膜工藝，在空穴傳輸層表面上制備鈣鈦礦吸光層。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，鈣鈦礦前驅(qū)液中macl的添加濃度為0.195m，cs0.05(fa0.98ma0.02)0.95pb(i0.98br0.02)3的添加濃度為1.3m。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟s2中通過溶液旋涂法或溶液浸泡法在潔凈的導電層上制備空穴傳輸層；步驟s3中通過旋涂法或涂布法或蒸發(fā)鍍膜的制膜工藝，在空穴傳輸層表面上制備鈣鈦礦吸光層；步驟s4中通過采用旋涂法或原子層沉積或真空蒸鍍或磁控濺射技術(shù)，在鈣鈦礦吸光層上制備電子傳輸層；步驟s5中采用真空蒸發(fā)鍍膜技術(shù)，在電子傳輸層表面上制備金屬對電極層。

10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于，步驟s3中采用旋涂法制備鈣鈦礦吸光層時，旋涂過程中在旋涂層表面滴加反溶劑，所述反溶劑為氯苯、甲苯、甲醚、乙醚、乙酸乙酯、乙醇中的一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及太陽電池領域，公開了一種埋底界面修飾的反式鈣鈦礦太陽電池及其制備方法。該反式鈣鈦礦太陽電池結(jié)構(gòu)上包括依次層列的基底、導電層、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸光層、電子傳輸層和金屬對電極，所述的空穴傳出層采用空穴傳輸材料[4?(3,6?二甲基?9H?咔唑?9?基)丁基]磷酸(Me?4PACz)，本發(fā)明提出的埋底界面修飾是采用(2?苯乙基)膦酸小分子材料修飾空穴傳輸材料Me?4PACz，修飾處理后的Me?4PACz空穴傳輸層具有鈣鈦礦層覆蓋率高，且制備工藝簡單，所組裝太陽電池的效率高，穩(wěn)定性明顯提升，具有很好的商業(yè)應用價值。

技術(shù)研發(fā)人員：黃陽,胡林華,莫立娥,李兆乾
受保護的技術(shù)使用者：安徽工業(yè)技術(shù)創(chuàng)新研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6