一种基于SAM埋底层的钙钛矿光伏器件及其制备方法

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种基于sam埋底层的钙钛矿光伏器件及其制备方法。

背景技术：

1、自组装分子层（self-assembled monolayers，sams）是一类两亲型有机分子通过底部的锚定基团与衬底表面的化学键以及分子间非共价相互作用（范德华力、氢键）的双重作用，实现在衬底表面定向排列与致密堆积的单分子层。该单分子层可以通过顶部的功能端基和钙钛矿等上层结构的分子成键，形成能级可调、高稳定性的埋底界面。因此，单分子层被广泛用作基于钙钛矿光伏器件、有机光伏器件等新型太阳能电池的载流子传输层。

2、自2021年sam（咔唑-膦酸自组装分子）材料首次被用作钙钛矿光伏器件的空穴传输层以来，基于sam的钙钛矿光伏器件效率已经超过27%。然而目前sam成膜工艺仍然面临若干个关键问题，包括：（1）sam分子在溶剂中存在自聚集形成团簇的问题，降低其沉积在衬底上以后的保形覆盖度；（2）sam在高温、应力等外界作用下的化学稳定性问题，导致钙钛矿太阳能电池降解速率加快，降低其长期稳定性。

3、针对以上问题，已有的解决方案包括：（1）使用dmf：ipa共溶剂提高sam分子的临界胶束浓度，抑制其在溶液中的团簇现象；（2）使用不同类型的sam混合材料，调控界面能级的同时提高保形覆盖度；（3）在sam材料的分子结构中引入其它官能团，调控其电偶极矩、热稳定性等物化性质，提高sam层的长期稳定性。但是上述方案至少还存在以下几个不足之处：（1）对sam在衬底层表面的覆盖率的优化幅度有限，存在较大提升空间；（2）通过引入新官能团构建新型sam材料的方法会引入非理想的sam功函数变化，同时新加入的官能团会提高sam分子的空间位阻，降低其在衬底表面的堆叠效率。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题在于提供一种基于sam埋底层的钙钛矿光伏器件，其提高了sam分子在衬底表面的保形覆盖度，且优化了钙钛矿光伏层的结晶动力学，提升钙钛矿晶体成膜质量，最终提高了钙钛矿光伏器件的性能。

2、有鉴于此，本申请提供了一种基于sam埋底层的钙钛矿光伏器件，包括：基底，形成在基底表面的导电层，形成在所述导电层表面的sam埋底层，形成在所述sam埋底层表面的钙钛矿光伏层；

3、所述sam埋底层中包括sam和三氟乙基全氟丁基磺酸酯。

4、在一些具体实施例中，所述sam和所述三氟乙基全氟丁基磺酸酯的质量比为（0.3~0.5）：（0.12~0.2）。

5、在一些具体实施例中，所述sam包括meo-2pacz、meo-4pacz、me-4pacz、tbu-4pacz和ph-4pacz中的一种或多种。

6、在一些具体实施例中，所述钙钛矿光伏层中的钙钛矿活性材料为化学式满足abx3的钙钛矿结构离子晶体，其中，a为一价阳离子，b为二价金属阳离子，x为一价阴离子；所述a包括fa+、ma+、cs+和rb+中的至少一种，所述b包括ge2+、pb2+和sn2+中的至少一种，所述x包括cl-、br-和i-中的至少一种。

7、在一些具体实施例中，所述导电层中包括铝掺杂氧化锌、掺氟氧化锡和氧化铟锡的中的一种，所述基底包括玻璃、环氧树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的一种。

8、在一些具体实施例中，所述钙钛矿光伏器件还包括钝化层、电子传输层、空穴阻挡层和顶电极；

9、所述钝化层形成在所述钙钛矿光伏层远离基底端的表面；

10、所述电子传输层形成在所述钝化层远离基底端的表面；

11、所述空穴阻挡层形成在所述电子传输层远离基底端的表面；

12、所述顶电极形成在所述空穴阻挡层远离基底端的表面。

13、本申请还提供了所述的钙钛矿光伏器件的制备方法，包括以下步骤：

14、s1、将sam、三氟乙基全氟丁基磺酸酯和溶剂混合，得到sam溶液；

15、利用所述sam溶液在基底至少一表面的导电层上制备sam埋底层；

16、s2、在sam埋底层的表面制备钙钛矿光伏层。

17、在一些具体实施例中，步骤s1中，制备sam埋底层的步骤具体为：

18、将所述sam溶液滴加至导电层且远离基底端的表面；

19、将得到的基底静置后进行旋涂，将旋涂后的基底进行退火。

20、在一些具体实施例中，所述sam埋底层的制备在保护性气氛下进行，和/或，所述静置的时间≥15s，和/或，所述退火的温度为80~120℃，时间为5~20min。

21、在一些具体实施例中，所述制备方法还包括：

22、在钙钛矿光伏层的表面且远离基底端制备钝化层；

23、在钝化层的表面且远离基底端制备电子传输层；

24、在电子传输层的表面且远离基底端制备空穴阻挡层；

25、在空穴阻挡层的表面且远离基底端制备顶电极。

26、本申请提供了一种基于sam埋底层的钙钛矿光伏器件，包括基底，形成在基底表面的导电层，形成在导电层表面的sam埋底层，形成在sam埋底层表面的钙钛矿光伏层，所述sam埋底层中包括sam和三氟乙基全氟丁基磺酸酯（pfbs）；在钙钛矿光伏器件中，在sam埋底层中引入pfbs，pfbs中的磺酸基团可以充当氢键供体和受体，同时产生额外的位阻效应，上述协同作用破坏了sam分子的团簇效应和胶束离子的形成，提高了sam分子在溶液中的分散性；同时，pfbs辅助sam分子中磷酸基团的去质子化，从而引导sam分子和金属氧化物衬底形成离子键，调控sam分子在衬底表面的保形覆盖度；基于经pfbs优化后的sam埋底层，上层钙钛矿前驱体的浸润性和薄膜的结晶动力学得到改善，得到了缺陷密度更低、晶格应力更小的高质量钙钛矿薄膜，最终有利于钙钛矿光伏器件性能的提高。

1.一种基于sam埋底层的钙钛矿光伏器件，其特征在于，包括：基底，形成在基底表面的导电层，形成在所述导电层表面的sam埋底层，形成在所述sam埋底层表面的钙钛矿光伏层；

2.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏器件，其特征在于，所述sam和所述三氟乙基全氟丁基磺酸酯的质量比为（0.3~0.5）：（0.12~0.2）。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏器件，其特征在于，所述sam包括meo-2pacz、meo-4pacz、me-4pacz、tbu-4pacz和ph-4pacz中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏器件，其特征在于，所述钙钛矿光伏层中的钙钛矿活性材料为化学式满足abx3的钙钛矿结构离子晶体，其中，a为一价阳离子，b为二价金属阳离子，x为一价阴离子；所述a包括fa+、ma+、cs+和rb+中的至少一种，所述b包括ge2+、pb2+和sn2+中的至少一种，所述x包括cl-、br-和i-中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿光伏器件，其特征在于，所述导电层中包括铝掺杂氧化锌、掺氟氧化锡和氧化铟锡中的一种，所述基底包括玻璃、环氧树脂和聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜中的一种。

6.根据权利要求1~5任一项所述的钙钛矿光伏器件，其特征在于，所述钙钛矿光伏器件还包括钝化层、电子传输层、空穴阻挡层和顶电极；

7.权利要求1所述的钙钛矿光伏器件的制备方法，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，制备sam埋底层的步骤具体为：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述sam埋底层的制备在保护性气氛下进行，和/或，所述静置的时间≥15s，和/或，所述退火的温度为80~120℃，时间为5~20min。

10.根据权利要求7~9任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：