本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體涉及一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高效率、低成本和簡(jiǎn)單的制備工藝而受到廣泛關(guān)注。鈣鈦礦是一種具有abx3晶體結(jié)構(gòu)的材料，其中a是有機(jī)陽(yáng)離子，b是金屬陽(yáng)離子，x是鹵素陰離子。這種結(jié)構(gòu)賦予了鈣鈦礦材料優(yōu)異的光電性能，如高的光吸收系數(shù)、長(zhǎng)的載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度和低的載流子復(fù)合率。鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率在過(guò)去十幾年中迅速提升，從最初的3.8%增長(zhǎng)到目前的26.7%。鈣鈦礦器件結(jié)構(gòu)主要包括導(dǎo)電玻璃、空穴傳輸層、鈣鈦礦吸收層、電子傳輸層以及金屬電極。其中空穴傳輸層的主要作用是提取和傳輸空穴，同時(shí)在反式鈣鈦礦電池制備中對(duì)鈣鈦礦吸收層的結(jié)晶成膜有較大影響。因此，制備高性能空穴傳輸層是提高電池性能的重要方法。

2、在鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，常見(jiàn)的空穴傳輸層包括導(dǎo)電聚合物薄膜、金屬氧化物、高分子材料等。但導(dǎo)電聚合物（如pedot:pss）生產(chǎn)成本較高，并且由于吸濕和酸性特性容易造成老化，同時(shí)和鈣鈦礦的界面表現(xiàn)出較差的熱穩(wěn)定性。金屬氧化物（如niox）具有多種氧化態(tài)，易與鈣鈦礦材料發(fā)生氧化還原反應(yīng)，導(dǎo)致鈣鈦礦分解。高分子材料（如ptaa）表面接觸角較大，導(dǎo)致溶液法制備均勻的鈣鈦礦薄膜存在較大問(wèn)題，從而限制了反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決廣泛使用的空穴傳輸層材料的不穩(wěn)定以及在空穴傳輸層上鈣鈦礦薄膜的均勻成膜問(wèn)題，同時(shí)降低器件制造成本，本發(fā)明提供了一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。通過(guò)旋涂自組裝單分子層獲得反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層，同時(shí)通過(guò)熱蒸發(fā)-溶液法制備鈣鈦礦吸收層，進(jìn)一步優(yōu)化器件性能。

2、為了實(shí)現(xiàn)以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，該方法使用一系列超薄自組裝單分子層錨定在銦摻雜氧化錫ito透明導(dǎo)電玻璃上，接著通過(guò)熱蒸發(fā)-溶液法制備鈣鈦礦吸收層，然后制備電子傳輸層和金屬電極，最終實(shí)現(xiàn)反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備。

4、本發(fā)明所述的一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，具體包括以下步驟：

5、（1）清洗ito導(dǎo)電玻璃，使用乙醇潤(rùn)濕的無(wú)塵布擦拭ito導(dǎo)電玻璃，然后分別在丙酮、乙醇中超聲，接著用去離子水沖洗，氮?dú)獯蹈刹v處理后備用；

6、（2）空穴傳輸層制備，將自組裝單分子層材料溶于有機(jī)溶劑中，通過(guò)旋涂沉積在上述ito導(dǎo)電玻璃上，并通過(guò)退火處理獲得空穴傳輸層；

7、（3）鈣鈦礦吸收層制備，通過(guò)熱蒸發(fā)工藝在空穴傳輸層上獲得無(wú)機(jī)鹽骨架，接著將有機(jī)鹽覆蓋到無(wú)機(jī)鹽骨架上，最后通過(guò)退火處理獲得鈣鈦礦薄膜；

8、（4）電子傳輸層制備，在鈣鈦礦吸收層上制備富勒烯及其衍生物以及空穴阻擋層，獲得均勻的電子傳輸層；

9、（5）金屬電極制備，通過(guò)熱蒸發(fā)工藝在電子傳輸層上沉積金屬電極。

10、進(jìn)一步地，所述的步驟（2）中自組裝單分子層材料為[2-(9h-咔唑-9基)乙基]膦酸(2pacz)、[2-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)?乙基]磷酸(me-2pacz)?、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、[4-(9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(4pacz)、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸(me-4pacz)?、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)?丁基]膦酸(meo-4pacz)中的一種或兩種以上，其濃度為0.3-2.5?mg/ml。所述的有機(jī)溶劑為乙醇或異丙醇。

11、進(jìn)一步地，所述的步驟（2）中旋涂轉(zhuǎn)速為3000-6000?rpm，旋涂時(shí)間為30-50?s。

12、進(jìn)一步地，所述的步驟（2）中退火處理溫度為100-150?℃，時(shí)間為5-30?min。

13、進(jìn)一步地，所述的步驟（3）中無(wú)機(jī)鹽骨架為pbi2、pbcl2、pbbr2中的一種。所述的有機(jī)鹽為macl、mabr、mai、facl、fabr、fai中的一種或兩種以上。

14、進(jìn)一步地，所述的步驟（3）中退火處理為兩步退火，第一退火溫度為130-170?℃，時(shí)間為0-20?min；第二步退火溫度為80-130?℃，時(shí)間為0-20?min。

15、進(jìn)一步地，所述的步驟（4）中電子傳輸層制備的制備為溶液法或熱蒸法，其厚度為5-50?nm。

16、進(jìn)一步地，所述的步驟（5）中金屬電極為au、ag、cu中的一種，其厚度為60-150?nm。

17、本發(fā)明所述的制備方法獲得的自組裝單分子層作為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

18、本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供了一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，該方法使用一系列超薄自組裝單分子層錨定在銦摻雜氧化錫ito透明導(dǎo)電玻璃上，接著通過(guò)熱蒸發(fā)-溶液法制備鈣鈦礦吸收層，然后制備電子傳輸層和金屬電極，最終獲得高效反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。和常用的空穴傳輸層相比，自組裝單分子層具有更好的穩(wěn)定性且制作成本低。并且本發(fā)明通過(guò)熱蒸發(fā)-溶液法制備鈣鈦礦吸收層，提高了鈣鈦礦薄膜和襯底表面的兼容性。

技術(shù)特征：

1.一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

2.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（2）中自組裝單分子層材料為[2-(9h-咔唑-9基)乙基]膦酸(2pacz)、[2-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)?乙基]磷酸(me-2pacz)?、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、[4-(9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(4pacz)、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸(me-4pacz)?、[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)?丁基]膦酸(meo-4pacz)中的一種或兩種以上，其濃度為0.3-2.5mg/ml。所述的有機(jī)溶劑為乙醇或異丙醇。

3.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（2）中旋涂轉(zhuǎn)速為3000-6000?rpm，旋涂時(shí)間為30-50?s。

4.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（2）中退火處理溫度為100-150?℃，時(shí)間為5-30?min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（3）中無(wú)機(jī)鹽骨架為pbi2、pbcl2、pbbr2中的一種。所述的有機(jī)鹽為macl、mabr、mai、facl、fabr、fai中的一種或兩種以上。

6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（3）中退火處理為兩步退火，第一退火溫度為130-170?℃，時(shí)間為0-20?min；第二步退火溫度為80-130?℃，時(shí)間為0-20?min。

7.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（4）中電子傳輸層制備的制備為溶液法或熱蒸法，其厚度為5-50?nm。

8.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述的步驟（5）中金屬電極為au、ag、cu中的一種，其厚度為60-150?nm。

9.一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括權(quán)利要求1-8任意一項(xiàng)所述的制備方法獲得的電池。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。通過(guò)旋涂自組裝單分子層獲得反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的空穴傳輸層，同時(shí)通過(guò)熱蒸發(fā)?溶液法制備鈣鈦礦吸收層，進(jìn)一步優(yōu)化器件性能。解決了空穴傳輸層材料的不穩(wěn)定以及在空穴傳輸層上鈣鈦礦薄膜的均勻成膜問(wèn)題，同時(shí)簡(jiǎn)化制備工藝，降低器件制造成本。

技術(shù)研發(fā)人員：劉歡,朱彥合,熊雯靖,白賽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：電子科技大學(xué)長(zhǎng)三角研究院（湖州）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10