本發(fā)明涉及光伏太陽能電池，具體為基于一體化鈍化策略的反式鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦材料由于具備吸收系數(shù)高、載流子壽命長、載流子遷移率高、缺陷容忍度高、可低溫溶液法制備等優(yōu)點，被認為是理想太陽能電的光吸收材料。近十余年來，鈣鈦礦電池的光電轉(zhuǎn)換效率不斷攀升，認證效率目前已達到為26.1％，基本與單晶硅太陽能電池持平。因此，鈣鈦礦電池被認為是最有應(yīng)用前景的新一代光伏技術(shù)，備受學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注。

2、鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性問題限制其戶外應(yīng)用。這是因為具有離子特性的鈣鈦礦材料在低溫溶液法制備與快速的成核過程中，不可避免地會在體相、晶界、表面處產(chǎn)生多種帶電荷的缺陷，比如：vi、pbi、ii、pbi、ipb等。這些缺陷不僅會引起器件內(nèi)非輻射復(fù)合過程(shockley-read-hall復(fù)合)，降低器件的光電轉(zhuǎn)換效率，而且會誘導(dǎo)離子發(fā)生遷移現(xiàn)象，使器件在溫度、濕度、氧氣、光照等條件下劇烈降解，不利于器件的穩(wěn)定性。因此，開發(fā)有效的缺陷鈍化策略是實現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦電池的必然選擇。

3、迄今為止，多種缺陷鈍化策略相繼被報道，主要是借助路易斯酸、路易斯堿、離子液體、有機銨鹽等類型的鈍化分子與鈣鈦礦材料之間形成配位鍵、離子鍵、氫鍵或者生成二維/三維異質(zhì)結(jié)等方式來實現(xiàn)缺陷鈍化。在這些鈍化策略中，鈍化分子的引入有兩種方式：1)將其直接添加到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，從而實現(xiàn)體相缺陷鈍化；2)借助旋涂、蒸鍍等步驟使鈍化分子在界面處形成一層薄膜，從而實現(xiàn)上/下界面的缺陷鈍化。但是，這些方法難以通過一種引入方式同時實現(xiàn)體相、上界面、下界面的缺陷鈍化，并且這些有機鈍化分子通常只能與鈣鈦礦表面單個活性位點相結(jié)合，結(jié)合能力較弱。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種基于一體化鈍化策略的反式鈣鈦礦太陽能電池及制備方法。本發(fā)明通過將鈍化分子直接引入到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中，借助鈣鈦礦吸光層自上而下的生長機制，最終使該鈍化分子分布于鈣鈦礦薄膜的上表面、體相、下表面，實現(xiàn)一體化鈍化。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供基于一體化鈍化策略的反式鈣鈦礦太陽能電池，所述太陽能電池的結(jié)構(gòu)從下至上依次包括：導(dǎo)電基底層、空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層、電子傳輸層、背電極層；所述鈣鈦礦活性層中含有鈍化劑分子，所述鈍化劑分子選自丙酮基膦酸二甲酯、乙酰乙酸甲酯、乙基磷酰基乙酸二甲酯、二乙基磷酰乙酸甲酯、磷酸乙酸三甲酯中的任意一種或幾種。

4、所述各鈍化分子的結(jié)構(gòu)式如下：

5、

6、優(yōu)選地，所述空穴傳輸層的材料選自氧化鎳(niox)、氧化亞銅(cu2o)、聚[雙(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、聚乙撐二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸鹽(pedot:pss)、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(meo-4pacz)、[4-(9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(4pacz)、[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2pacz)、[4-(3,6-二溴-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(br-4pacz)、[2-(3,6-二氯-9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸(cl-2pacz)、[2-(3,6-二溴-9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸(br-2pacz)、[2-(3,6-二碘-9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸(i-2pacz)、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸(me-4pacz)、[2-(3,6-二苯基-9h-咔唑-9-基)乙基]磷酸(me-2pacz)、(4-(3,11-二甲氧基-7h-二苯并[c，g]咔唑-7-基)丁基)膦酸(meo-4padbc)、[4-(2,7-二溴-9,9二甲基吖啶)丁基]膦酸(dmacpa)中的任意一種或幾種。

7、優(yōu)選地，所述電子傳輸層的材料選自氧化錫、氧化鈦、氧化鋅、氧化鈮、(6,6)-苯基碳61丁酸甲酯(pcbm)、10-菲羅啉(bcp)、富勒烯c60(c60)中的任意一種或幾種。

8、優(yōu)選地，所述鈣鈦礦活性層的制備包括：前驅(qū)液與所述鈍化劑分子混合后旋涂于所述空穴傳輸層上，并在旋涂過程中加入反溶劑，最后退火得到。

9、優(yōu)選地，所述前驅(qū)液包括溶質(zhì)和溶劑，所述溶質(zhì)選自碘化銫、碘化銣、甲基溴化銨、甲脒氫碘酸鹽、碘化鉛、碘化溴中的一種或多種。

10、優(yōu)選地，所述前驅(qū)液中溶質(zhì)的質(zhì)量與鈍化劑分子的體積比為(940～950)：(6～12)mg/ul。

11、優(yōu)選地，所述前驅(qū)液與所述鈍化劑分子混合后旋涂于所述空穴傳輸層上的旋涂過程為：以1000rpm/s的加速度，以1000rpm與4500rpm的轉(zhuǎn)速分別旋涂10s與40～50s。

12、優(yōu)選地，所述在旋涂過程中加入反溶劑的具體過程為：在總旋涂時間剩余10s時，加入反溶劑。

13、優(yōu)選地，所述反溶劑選自苯甲醚、氯苯、苯甲酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，鄰甲基苯甲醚，甲酸甲酯中的任意一種或幾種。

14、第二方面，本發(fā)明提供基于一體化鈍化策略的反式鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

15、s1、處理導(dǎo)電基底層；

16、s2、在所述導(dǎo)電基底層上沉積空穴傳輸層；

17、s3、在所述空穴傳輸層上沉積鈣鈦礦活性層：將前驅(qū)液與所述鈍化劑分子混合后旋涂于所述空穴傳輸層上，并在旋涂過程中加入反溶劑，最后退火得到。

18、s4、在所述鈣鈦礦活性層上沉積電子傳輸層；

19、s5、在所述電子傳輸層上沉積背電極層。

20、優(yōu)選地，所述s1處理導(dǎo)電基底層具體為：清潔導(dǎo)電基底后用保護氣氛吹干，然后紫外臭氧處理。

21、優(yōu)選地，所述s3的前驅(qū)液包括溶質(zhì)和溶劑，所述溶質(zhì)選自碘化銫、碘化銣、甲基溴化銨、甲脒氫碘酸鹽、碘化鉛、碘化溴中的一種或多種。

22、優(yōu)選地，所述溶劑選自體積比為4:1的dmf和dmso。

23、優(yōu)選地，所述s3的鈍化劑分子的用量為6～12ul。示例性地，所述鈍化劑分子的用量為6ul、9ul、12ul中的任意一者或兩者之間的數(shù)值。

24、優(yōu)選地，所述s3在旋涂過程中加入反溶劑的具體過程為：在總旋涂時間剩余10s時，加入反溶劑。

25、優(yōu)選地，所述s4沉積電子傳輸層的過程具體為：先沉積pcbm層，再沉積bcp層。

26、本發(fā)明的有益效果是：

27、本發(fā)明的反式鈣鈦礦太陽能電池，鈣鈦礦活性層中含有鈍化劑分子，借助鈣鈦礦吸光層自上而下的生長機制，可以使鈍化分子分布于鈣鈦礦薄膜的上表面、體相、下表面，實現(xiàn)一體化鈍化。同時，涉及的鈍化分子具有多結(jié)合位點，能夠增強與鈣鈦礦吸光層的結(jié)合能力，提升鈍化效果。還可以有效調(diào)控鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶生長、降低缺陷態(tài)密度、抑制非輻射復(fù)合，最終提高太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與穩(wěn)定性。

28、本發(fā)明以反式鈣鈦礦太陽電池為目標結(jié)構(gòu)，以期結(jié)合缺陷鈍化策略的開展與較穩(wěn)定的器件構(gòu)型共同提升器件的穩(wěn)定性，推進鈣鈦礦電池的商業(yè)化進程。