反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电设备与流程

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电设备。


背景技术：

2.作为第三代太阳能电池技术，钙钛矿太阳能电池在过去的十年里已经取得了飞速发展，光电转化效率不断刷新，已经可以和晶硅太阳能电池效率相媲美。然而，当前高效的钙钛矿太阳能电池效率都是基于正式结构获得的，相比之下，采用反式器件结构的钙钛矿太阳能电池效率结构仍然偏低，严重阻碍了其商业化的进程。钙钛矿活性层与电荷传输层界面间的缺陷和非理想电荷传输是制约反式钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的关键因素之一，因此有效的界面材料选择、设计与合成尤为重要。
3.在吸收层和传输层之间插入超薄低电导率的中间层已经成为钙钛矿太阳能电池中减少表面复合的重要策略，比如在空穴传输层(氮氧化物)的上表面覆盖一层超薄的小分子自组装层，可以起到较好的钝化效果，有效减少界面处的缺陷。然而，由于小分子的钝化剂有着位阻小、扩散系数高的特点，在电池实际的工作过程中这些分子会向钙钛矿薄膜或者电子传输层中扩散，从而导致电池效率和稳定性下降。此外，当前制备空穴传输层，通常采用溶液法制备氮氧化物纳米颗粒分散液，并采用旋涂工艺制备氮氧化物空穴传输层薄膜，其制备过程通常需要高温退火，其薄膜质量对合成条件(例如环境温度、溶液ph值和搅拌时间)较为敏感，导致其重现性较差。更重要的是，采用现有的大面积薄膜制备技术(例如狭缝涂布法、喷涂法和喷墨打印法)，基于溶液法制备纳米级厚度的空穴传输层薄膜，容易出现大量由气泡、难溶颗粒或表面不浸润区等引起的针孔等微孔洞型物理缺陷，无法在大面积范围内实现均匀的覆盖。而基于微孔洞的功能层制备的器件很难构建均匀的内建电场，容易导致钙钛矿器件从小面积向平方厘米级或平米级器件拓展时出现明显的效率损失。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的在于提供一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电设备，以解决目前旋涂工艺制备氮氧化物空穴传输层薄膜，易出现大量由气泡、难溶颗粒或表面不浸润区等引起的针孔等微孔洞型物理缺陷的问题。
6.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种反式钙钛矿太阳能电池，该反式钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和第二电极层，空穴传输层和钙钛矿层之间设置有钝化层，该钝化层的材料为喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物，该喹喔啉噻吩聚合物具有如下式(i)所示结构：
[0007][0008]
其中，0≤x≤1；y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、卤素、取代或未取代的c1～c15的烷基、取代或未取代的c1～c15的烷氧基、取代或未取代的c1～c15的烷硫基、取代或未取代的c1～c15的硅烷基中的任意一种；n代表100000～1000000之间的整数。
[0009]
进一步地，y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、取代或未取代的c1～c10的烷基、取代或未取代的c1～c10的烷氧基、取代或未取代的c1～c10的烷硫基、取代或未取代的c1～c10的硅烷基中的任意一种。
[0010]
进一步地，y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、f、取代或未取代的c1～c4的烷基、取代或未取代的c1～c4的烷氧基、取代或未取代的c1～c4的烷硫基、取代或未取代的c1～c4的硅烷基中的任意一种。
[0011]
进一步地，喹喔啉噻吩聚合物选自ptq7～ptq11中的至少一种：
[0012][0013]
进一步地，第一电极层包括ito衬底层和设置于ito衬底层上的条状ito，ito衬底层的厚度为1.0～1.2mm，条状ito的厚度为100～200nm。
[0014]
进一步地，空穴传输层的厚度为25～40nm。
[0015]
进一步地，钝化层的厚度为5～30nm。
[0016]
进一步地，钙钛矿层的厚度为500～1000nm。
[0017]
进一步地，电子传输层的厚度为35～45nm。
[0018]
进一步地，第二电极层的厚度为100～120nm。
[0019]
根据本发明的第二个方面，提供了上述反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤s1，提供第一电极层，在第一电极层的表面溅射制备空穴传输层；步骤s2，在空穴传输层上旋涂制备钝化层；步骤s3，在钝化层上旋涂制备钙钛矿层；步骤s4，在钙钛矿层上蒸镀制备电子传输层；步骤s5，在电子传输层上蒸镀制备第二电极层；得到反式钙钛矿太阳能电池。
[0020]
进一步地，步骤s1，第一电极层的材料为ito，其由ito导电玻璃进行刻蚀而成。
[0021]
进一步地，在溅射空穴传输层之前，还包括对第一电极层进行表面处理的步骤，进一步优选表面处理为等离子处理，时间为3～5min。
[0022]
进一步地，空穴传输层的材料为niom，m为1≤m≤1.5；空穴传输层的制备方法为：将niom溅射到第一电极层的表面形成空穴传输层；优选溅射的腔压为0.35～0.4pa，射频功率为85～95w，时间为8～15min。
[0023]
进一步地，步骤s2，钝化层的制备方法为：将含有喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液旋涂在空穴传输层上，去除溶剂，得到钝化层；优选含有喹喔啉噻吩聚合物或其生物的溶液中，喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的质量浓度为8～15mg/ml。
[0024]
进一步地，步骤s3，钙钛矿层的制备方法为：将钙钛矿前驱体溶液涂覆在钝化层上，依次进行反溶剂和退火处理，得到钙钛矿层；优选钙钛矿前驱体溶液中的溶质为cs
0.2
fa
0.8
pb(i
0.6
br
0.4
)3，且其摩尔浓度为1～2mmol/ml。
[0025]
进一步地，步骤s4，电子传输层的制备方法包括：先将c60通过真空蒸镀在钙钛矿层的表面形成c60层，然后再将sno2也通过真空蒸镀在c60层的表面形成sno2层，得到电子传输层。
[0026]
进一步地，步骤s5，第二电极层的材料为au，第二电极层的制备方法为：将au通过真空蒸镀在电子传输层的表面，形成电子电极层。
[0027]
根据本技术的第三方面，提供了一种用电设备，该用电设备包括第一方面提供的反式钙钛矿太阳能电池或根据第二方面提供的制备方法得到的反式钙钛矿太阳能电池。
[0028]
本技术提供的反式钙钛矿太阳能电池通过在空穴传输层和钙钛矿层之间引入一层喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物形成的钝化层，能起到钝化钙钛矿表面的作用，同时改善钙钛矿层与电子传输层的界面载流子传输，通过设置钝化层实现更高效的载流子向电子传输层的纵向传输，有效抑制体相和界面处的非辐射复合损失，提高钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子。同时，本发明中的喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物分子拥有钝化基团能够同时钝化多种钙钛矿缺陷，有效改善材料为氮氧化物空穴传输层的表面浸润性，大幅减少大面积薄膜制备过程中产生的薄膜不均匀性问题，有利于钙钛矿太阳能电池大规模的商业化应用。
具体实施方式
[0029]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。
[0030]
如本技术背景技术所分析的，当前制备空穴传输层，通常采用溶液法制备氮氧化物纳米颗粒分散液，并采用旋涂工艺制备氮氧化物空穴传输层薄膜，易出现大量由气泡、难溶颗粒或表面不浸润区等引起的针孔等微孔洞型物理缺陷，无法在大面积范围内实现均匀的覆盖的问题。为了解决该问题，本技术提供了一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电设备。
[0031]
在本技术的第一种典型实施方式中，提供了一种反式钙钛矿太阳能电池，该反式钙钛矿太阳能电池包括空穴传输层和钙钛矿层，并在空穴传输层和钙钛矿层之间设置有钝化层，该钝化层的材料为喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物，其中，所述喹喔啉噻吩聚合物具有如下式(i)所示结构：
[0032][0033]
其中，0≤x≤1；y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、卤素、取代或未取代的c1～c15的烷基、取代或未取代的c1～c15的烷氧基、取代或未取代的c1～c15的烷硫基、取代或未取代的c1～c15的硅烷基中的任意一种；n代表100000～1000000之间的整数(如100000、200000、500000、800000、1000000)。
[0034]
在本技术中，术语“取代或非取代的”指的是通过选自以下的一个或更多个取代基进行取代：氘；卤素基团；腈基；硝基；羟基；羰基；酯基；酰亚胺基；氨基；氧化膦基；烷氧基；芳氧基；烷基硫基；芳基硫基；烷基磺酰基；甲硅烷基；硼基；烷基；环烷基；烯基；或者没有取代基，或者通过所例示的取代基中的两个或更多个取代基相连接的取代基进行取代，或者没有取代基。
[0035]
本技术提供的反式钙钛矿太阳能电池通过在空穴传输层和钙钛矿层之间引入一层喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物形成的钝化层，能起到钝化钙钛矿表面的作用，同时改善钙钛矿层与电子传输层的界面载流子传输，通过设置钝化层实现更高效的载流子向电子传输层的纵向传输，有效抑制体相和界面处的非辐射复合损失，提高钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子。同时，本发明中的喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物分子拥有钝化基团能够同时钝化多种钙钛矿缺陷，有效改善材料为氮氧化物空穴传输层的表面浸润性，大幅减少大面积薄膜制备过程中产生的薄膜不均匀性问题，有利于钙钛矿太阳能电池大规模的商业化应用。
[0036]
为了进一步提高钝化层对于空穴传输层的钝化效果，优选y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、卤素、取代或未取代的c1～c6的烷基、取代或未取代的c1～c6的烷氧基、取代或未取代的c1～c6的烷硫基、取代或未取代的c1～c6的硅烷基中的任意一种。尤其是当y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、卤素、取代或未取代的c1～c4的烷基、取代或未取代的c1～c4的烷氧基、取代或未取代的c1～c4的烷硫基、取代或未取代的c1～c4的硅烷基中的任意一种时，其钝化效果更佳。
[0037]
在一些实施例中，y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、f、甲基、乙基、正丙基或异丙基时，其形成的钝化层对于空穴传输层更能够有效钝化空穴传输层，减少微孔洞型物理缺陷，进而更利于在大面积范围内实现均匀的覆盖。
[0038]
在一些具体实施例中，喹喔啉噻吩聚合物的结构选自ptq7～ptq11中的至少一种：
[0039][0040]
在一些具体实施例中，第一电极层包括ito玻璃衬底层和设置于衬底层上的条状ito，其中，ito玻璃衬底层的厚度为1.0～1.2mm(如1.0mm、1.05mm、1.1mm、1.2mm)，条状ito的厚度为100～200nm(如100nm、120nm、150nm、180nm、200nm)；和/或，空穴传输层的厚度为25～40nm(如25nm、28nm、30nm、32nm、35nm、38nm、40nm)；和/或，钝化层的厚度为100～200nm(100nm、120nm、150nm、180nm、200nm)；和/或，电子传输层的厚度为35～45nm(如35nm、38nm、40nm、42nm、45nm)；和/或，第二电极层的厚度为100～120nm(如100nm、105nm、110nm、115nm、120nm)。
[0041]
在本技术的第二种典型实施方式中，还提供了上述反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：步骤s1，提供第一电极层，在第一电极层的表面溅射制备空穴传输层；步骤s2，在空穴传输层上旋涂制备钝化层；步骤s3，在钝化层上旋涂制备钙钛矿层；步骤s4，在钙钛矿层上蒸镀制备电子传输层，步骤s5，在电子传输层上蒸镀制备第二电极层，得到所述反式钙钛矿太阳能电池。
[0042]
本技术提供的反式钙钛矿太阳能的制备方法采用溅射的方式制备空穴传输层，旋涂的方式制备钝化层和钙钛矿层，蒸镀的方式制备电子传输层和第二电极层，工艺简单，利于操作，更适用于规模化生产，进而降低制备成本。
[0043]
[第一电极层的制备]
[0044]
在一些实施例中，步骤s1中，第一电极层的材料为ito(氧化铟锡)，其由ito导电玻璃刻蚀而成。具体方法如为：将ito导电玻璃的表面刻蚀成条状，得到第一电极层。
[0045]
在一些具体实施例中，第一电极层包括ito玻璃衬底层和设置于衬底层上的条状ito，其中，ito玻璃衬底层的厚度为1.0～1.2mm，条状ito的厚度为100～200nm。
[0046]
为了提高第一电极层与空穴传输层之间的结合稳定性，优选在溅射空穴传输层之前，还包括对第一电子层进行表面表面处理的步骤，进而提高导电层的表面浸润性和功函数，提高改钛矿太阳能电池的光电性能和长期使用稳定性。进一步优选该表面处理为等离
子处理，进而提高表面处理的效率，等离子处理的时间如为3～5min。
[0047]
为了去除第一电极层表面附着的杂质，优选将第一电极层依次使用玻璃清洗剂(市售)、去离子水、丙酮、异丙醇在超声条件各超声清洗15～20min，并用氮气枪吹干，然后再放入真空等离子机中进行等离子处理。
[0048]
[空穴传输层的制备]
[0049]
在另一些实施例中，空穴传输层的材料为niom，1≤m≤1.5，该空穴传输层的制备方法为：将niom溅射到所述第一电极层的表面形成所述空穴传输层；优选所述溅射的腔压为0.35～0.4pa，氩气流速为15～25sccm，射频功率为85～95w，时间为8～15min。
[0050]
[钝化层的制备]
[0051]
在一些实施例中，钝化层的制备方法：将含有喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液旋涂在空穴传输层上，去除溶剂，得到钝化层。
[0052]
上述含有喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液的制备方法包括但不限于：将喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物分散在有机溶剂中，形成含有喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液。该有机溶剂包括但不限于甲苯等。
[0053]
在一些具体实施例中，含有喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液按照以下步骤进行制备：将喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物溶解在氯苯溶液中，浓度为10mg/ml，室温条件下搅拌10h，以保证其充分溶解，然后将喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的氯苯溶液旋涂在上述制备的空穴传输层上，旋涂转数为2500rpm，旋涂时间为30～45s。
[0054]
[钙钛矿前驱体的制备]
[0055]
在一些实施例中，钙钛矿层的制备方法为：将钙钛矿前驱体溶液涂覆于钝化层上，依次进行反溶剂和退火处理，得到钙钛矿层。
[0056]
本技术中，钙钛矿前驱体溶液的溶质为钙钛矿前驱体，其结构式为abx3，其中a为一价阳离子，包括但不限于钾、铯、铷、甲胺基或甲脒基中的任意一种一价阳离子或两种以上一价阳离子形成的混合一价阳离子；b为二价阳离子，包括但不限于铅、锡或锗中的任意一种二价阳离子或两种以上二价阳离子形成的混合阳离子；x’为一价阴离子，包括但不限于卤素、类卤素中的任意一种一价阴离子，卤素如氯、溴或碘离子等，类卤素元素如硫氰酸根、甲酸根或四氟硼酸根等。钙钛矿前驱体溶液的溶剂为有机溶剂，包括但不限于氯苯等。
[0057]
在一些具体实施例中，优选该钙钛矿前驱体为cs
0.2
fa
0.8
pb(i
0.6
br
0.4
)3，且钙钛矿前驱体溶液中，cs
0.2
fa
0.8
pb(i
0.6
br
0.4
)3的摩尔浓度为1～2mmol/ml。示例性的，钙钛矿前驱体溶液按照以下步骤制备得到：将0.24mmol的csi，0.96mmol的fai，0.48mmol的pbi2，0.72mmol的pbbr2，0.015mmol的pb(scn)2溶于1ml的dmf和dmso的混合溶剂(dmf和dmso的体积比为3:1)中，60℃下搅拌过夜，得到钙钛矿前驱体溶液。
[0058]
在一些具体实施例中，钙钛矿层的制备方法为：将钙钛矿前驱体溶液旋涂在钝化层上，先在500rpm下旋涂2s，再在4000rpm下旋涂60s,在最后25s内，将500ul的乙醚旋涂在钙钛矿湿膜上，然后转移到100℃的热台上，退火10分钟。
[0059]
[电子传输层的制备]
[0060]
在一些实施例中，步骤s4中，电子传输层的制备方法包括：先将c60通过真空蒸镀在所述钙钛矿层的表面沉形成c60层，然后再将sno2也通过真空蒸镀在所述c60层的表面形成sno2层，得到所述电子传输层。
[0061]
上述c60可以是富勒烯及其衍生物，其球形的结构赋予了其较高的电子迁移率，可以使得电子传输效率明显加快，当在其上沉积sno2后，电荷传输被有效传导，大幅降低复合损失。
[0062]
在一些具体以实施例中，电子传输层按照以下步骤制备得到：将钙钛矿层转移到真空蒸镀机，在5
×
10-4
pa以下的低压下沉积20nm厚度的c60层，然后将样品转移到ald机台，沉积20nm的sno2层，得到该电子传输层。
[0063]
[第二电极层的制备]
[0064]
第二电极层的材料为金属，在一些实施例中，第二电极层的材料为au，该第二电极的制备方法为：将au通过真空蒸镀在电子传输层的表面，形成电子电极层。
[0065]
在一些具体实施例中，电子传输层按照以下步骤制备得到：在电子传输层的表面，真空蒸镀得到au电极层(第二电极层)，真空蒸镀的具体工艺条件为：在5
×
10-4
pa以下的低压下以/s的速率沉积而成，膜层厚度100nm,电池的有效面积为1.02cm2。
[0066]
在本技术的第三种典型实施方式中，还提供了一种用电设备，该用电设备包括供电单元，该供电单元包括上述第一种典型实施方式提供的反式钙钛矿太阳能电池或根据第二种典型实施方式提供的制备方法得到的反式钙钛矿太阳能电池。
[0067]
本技术提供的用电设备采用上述反式钙钛矿太阳能电池作为供电单元，更利于提高用电设备的稳定性，进而提高用电设备的使用寿命。
[0068]
下面将结合实施例和对比例，进一步说明本技术的有益效果。
[0069]
实施例1
[0070]
本实施例提供了一种反式钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池包括从下至上依次层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钝化层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、第二电极层，其中，第一电极层和包括厚度为1.1mm的ito透明导电玻璃衬底层和设置于衬底层上的厚度为140nm条状ito；空穴传输层的材料为nio，厚度为30nm；钝化层的材料为聚合度n为200000的ptq10，厚度为15nm；钙钛矿层的材料为cs
0.2
fa
0.8
pb(i
0.6
br
0.4
)3，厚度为800nm；电子传输层厚度为40nm，包括20nm的c60层和20nm的sno2；第二电极层的材料为au，厚度为100nm。
[0071]
该太阳能电池按照以下步骤制备得到：
[0072]
(1)将表面刻蚀有条状ito的透明导电玻璃，依次使用玻璃清洗剂、去离子水丙酮和异丙醇为清洗剂在超声条件下清洗，每步超声时间为15min。将洗好的ito玻璃用氮气枪吹干，然后放入真空等离子机中处理3min，以优化ito的表面浸润性和功函数，得到第一电极层。
[0073]
(2)制备空穴传输层：将nio溅射到条状ito的表面上形成空穴传输层，具体工艺参数为：室温下，腔压0.37pa，射频功率90w，氩气流速20sccm，持续10min，得到厚度为30nm的nio层(空穴传输层)。
[0074]
(3)制备钝化层：将ptq10溶解在氯苯溶液中，得到质量浓度为10mg/ml的ptq10的氯苯溶液，室温条件下搅拌10h，以保证其充分溶解，然后将ptq10的氯苯溶液旋涂在上述制备的空穴传输层上，旋涂转数为2500rpm，旋涂时间为30～45s。
[0075]
(4)制备钙钛矿层：
[0076]
(4.1)钙钛矿前驱体溶液中的溶质为cs
0.2
fa
0.8
pb(i
0.6
br
0.4
)3，且溶质的质量浓度
为1.5mmol/ml，该钙钛矿前驱体溶液按照以下步骤制备得到：将0.24mmol的csi,0.96mmol的fai，0.48mmol的pbi2，0.72mmol的pbbr2，0.015mmol的pb(scn)2溶于1ml的dmf和dmso的混合溶剂(dmf和dmso的体积比为3:1)中，60℃下搅拌过夜，得到钙钛矿前驱体溶液。
[0077]
(4.2)取70ul的钙钛矿前驱体溶液旋涂在上述的nio和ptq10的复合层上，先在500rpm下旋涂2s，再在4000rpm下旋涂60s，在最后25s内，将500ul的乙醚旋涂在钙钛矿湿膜上，然后转移到100℃的热台上，退火10分钟，得到钙钛矿层。
[0078]
(5)制备电子传输层：将上述制备的样品转移到真空蒸镀机，在5
×
10-4
pa以下的低压下在钙钛矿层的表面沉积20nm厚度的c60，然后将样品转移到ald(原子层沉积)机台，沉积20nm的sno2，得到电子传输层。
[0079]
(6)制备第二电极层：在上述制备的电子传输层的表面，真空蒸镀得到膜层厚度为100nm au电极，具体工艺参数为：在5
×
10-4
pa以下的低压下以/s的速率沉积而成；得到反式钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池的有效面积为1.02cm2。
[0080]
实施例2
[0081]
本实施例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为200000的ptq7，。
[0082]
实施例3
[0083]
本实施例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为180000的ptq8。
[0084]
实施例4
[0085]
本实施例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为300000的ptq9。
[0086]
实施例5
[0087]
本实施例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为290000的ptq11。
[0088]
实施例6
[0089]
本实施例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合物n为100000的ptq10。
[0090]
实施例7
[0091]
本实施例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为1000000的ptq10。
[0092]
对比例1
[0093]
本对比例与实施例1的不同之处在于，未设置钝化层。
[0094]
对比例2
[0095]
本对比例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为50000的ptq10。
[0096]
对比例3
[0097]
本对比例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料为聚合度n为2000000的ptq10。
[0098]
对比例4
[0099]
本对比例与实施例1的不同之处在于，钝化层的材料具有如下式结构，且数均分子量为200000。
[0100][0101]
试验例1
[0102]
将实施例和对比例提供的反式钙钛矿太阳能电池分别采用光谱分布am1.5g、光照强度为100mw/cm2的oriel 300w太阳光模拟器作光源测定太阳能电池的光电性能，其中，太阳能电池的有效面积为1.02cm2。通过keithly2400型数字源表进行测量得出j-v曲线，进而得到光电性能测试参数，结果如下表1所示。
[0103]
表1
[0104][0105]
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：。
[0106]
本技术实施例提供的反式钙钛矿太阳能电池在空穴传输层和钙钛矿层之间设置有喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物作为钝化层，相应的反式钙钛矿太阳能电池相比于没有设置钝化层的反式钙钛矿太阳能电池明显具有更加优异的开路电压，短路电流密度和填充因子。这主要是由于喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物作为钝化层后，能起到钝化钙钛矿表面的作用，同时改善钙钛矿层与电子传输层的界面载流子传输，通过设置钝化层实现更高效的载流子向电子传输层的纵向传输，有效抑制体相和界面处的非辐射复合损失，提高钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子。
[0107]
此外，在持续光照1000h后，没有钝化层的反式钙钛矿太阳能电池几乎丧失了光电
性能，而相比之下，采用本技术实施例提供的反式钙钛矿太阳能电池在持续光照1000h后，仍能保持初始效率的85％以上，这主要是由于本技术中的喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物分子拥有钝化基团能够同时钝化多种钙钛矿缺陷，大幅减少晶界缺陷，有效提升器件在运行中的稳定性。
[0108]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述反式钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和第二电极层，所述空穴传输层和所述钙钛矿层之间设置有钝化层，所述钝化层的材料为喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物，其中，所述喹喔啉噻吩聚合物具有如下式(i)所示结构：其中，0≤x≤1；y、z、r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8各自独立地代表h、卤素、取代或未取代的c1～c15的烷基、取代或未取代的c1～c15的烷氧基、取代或未取代的c1～c15的烷硫基、取代或未取代的c1～c15的硅烷基中的任意一种；n代表100000～1000000之间的整数。2.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述y、所述z、所述r1、所述r2、所述r3、所述r4、所述r5、所述r6、所述r7、所述r8各自独立地代表h、卤素、取代或未取代的c1～c10的烷基、取代或未取代的c1～c10的烷氧基、取代或未取代的c1～c10的烷硫基、取代或未取代的c1～c10的硅烷基中的任意一种。3.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述y、所述z、所述r1、所述r2、所述r3、所述r4、所述r5、所述r6、所述r7、所述r8各自独立地代表h、f、取代或未取代的c1～c4的烷基、取代或未取代的c1～c4的烷氧基、取代或未取代的c1～c4的烷硫基、取代或未取代的c1～c4的硅烷基中的任意一种。4.根据权利要求1所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，喹喔啉噻吩聚合物选自ptq7～ptq11中的至少一种：
5.根据权利要求1至4中任一项所述的反式钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极层包括ito衬底层和设置于所述ito衬底层上的条状ito，所述ito衬底层的厚度为1.0～1.2mm，所述条状ito的厚度为100～200nm；和/或，所述空穴传输层的厚度为25～40nm；和/或，所述钝化层的厚度为5～30nm；和/或，所述钙钛矿层的厚度为500～1000nm；和/或，所述电子传输层的厚度为35～45nm；和/或，所述第二电极层的厚度为100～120nm。6.一种权利要求1至5中任一项所述的反式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤s1，提供所述第一电极层，在所述第一电极层的表面溅射制备所述空穴传输层；步骤s2，在所述空穴传输层上旋涂制备所述钝化层；步骤s3，在所述钝化层上旋涂制备所述钙钛矿层；步骤s4，在所述钙钛矿层上蒸镀制备所述电子传输层；步骤s5，在所述电子传输层上蒸镀制备所述第二电极层，得到所述反式钙钛矿太阳能电池。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s1，所述第一电极层的材料为ito，其由ito导电玻璃进行刻蚀形成；优选在溅射所述空穴传输层之前，还包括对所述第一电极层进行表面处理的步骤，进一步优选所述表面处理为等离子处理，时间为3～5min；和/或，所述空穴传输层的材料为nio
m
，1≤m≤1.5；所述空穴传输层的制备方法为：将
nio
m
溅射到所述第一电极层的表面形成所述空穴传输层；优选所述溅射的腔压为0.35～0.4pa，射频功率为85～95w，时间为8～15min。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2，所述钝化层的制备方法为：将含有所述喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液旋涂在所述空穴传输层上，去除溶剂，得到所述钝化层；优选含有所述喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的溶液中，所述喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物的质量浓度为8～15mg/ml；和/或，所述步骤s3，所述钙钛矿层的制备方法为：将钙钛矿前驱体溶液涂覆于所述钝化层上，依次进行反溶剂和退火处理，得到所述钙钛矿层；优选所述钙钛矿前驱体溶液中的溶质为cs
0.2
fa
0.8
pb(i
0.6
br
0.4
)3，且其摩尔浓度为1～2mmol/ml。9.根据权利要求6至8中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4，所述电子传输层的制备方法包括：先将c60通过真空蒸镀在所述钙钛矿层的表面沉形成c60层，然后再将sno2也通过真空蒸镀在所述c60层的表面形成sno2层，得到所述电子传输层；和/或，所述步骤s5，所述第二电极层的材料为au，所述第二电极层的制备方法为：将au通过真空蒸镀在所述电子传输层的表面，形成所述电子电极层。10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包括权利要求1至5中任一项所述的反式钙钛矿太阳能电池或根据权利要求6至9任一项所述的制备方法得到的所述反式钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本发明提供了一种反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电设备。本申请提供的反式钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和第二电极层，空穴传输层和钙钛矿层之间设置有钝化层，该钝化层的材料为喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物。本申请提供的反式钙钛矿太阳能电池通过在空穴传输层和钙钛矿层之间引入一层喹喔啉噻吩聚合物或其衍生物形成的钝化层，能起到钝化钙钛矿表面的作用，同时改善钙钛矿层与电子传输层的界面载流子传输，同时通过设置钝化层实现更高效的载流子向电子传输层的纵向传输，有效抑制体相和界面处的非辐射复合损失，提高钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子。钙钛矿太阳能电池的开路电压和填充因子。


技术研发人员：王宏涛 王皓正 邱开富 吴涛 宗贝贝 牛闯 王永谦 陈刚
受保护的技术使用者：浙江爱旭太阳能科技有限公司 珠海富山爱旭太阳能科技有限公司 广东爱旭科技有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/20