本發明屬于半導體，涉及界面修飾的新型鈣鈦礦光伏器件，具體涉及一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池及其制備方法。

背景技術：

1、由于鈣鈦礦材料獨特的光電特性，基于其制備的鈣鈦礦太陽能電池發展迅速，鈣鈦礦器件的光電轉換效率已達到27%。鈣鈦礦自上而下的結晶過程會導致鈣鈦礦埋底界面的缺陷態密度遠高于鈣鈦礦頂表面，這些缺陷態會捕獲光生載流子，引起非輻射復合損失，從而降低鈣鈦礦光伏性能。此外，這些缺陷還會成為水和氧氣等外界因素侵蝕鈣鈦礦的主要入侵位點，嚴重影響了鈣鈦礦器件的長期穩定性。大面積制備均一性和長期工作穩定性的問題嚴重阻礙了鈣鈦礦光伏技術的商業化發展。

2、相關研究者發現，在鈣鈦礦埋底界面引入一層具有分子橋連作用的界面層可以有效解決鈣鈦礦太陽能電池埋底界面問題。然而，目前使用的大多數功能性有機小分子在n,n-二甲基甲酰胺（dmf）、二甲基亞砜（dmso）這些配制鈣鈦礦前驅體常用的極性溶劑中表現出良好的溶解度。當在沉積好的功能材料上依次沉積鈣鈦礦薄膜時，底層的界面材料可能會在自旋涂覆鈣鈦礦前驅體溶液后被沖刷掉，從而阻止界面材料發揮其最大潛力。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提出了一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池及其制備方法，使用乙硫氨酸（dleo）構筑良性埋底界面，提升鈣鈦礦光伏器件的性能和穩定性，解決現有功能材料在鈣鈦礦前驅體所使用的常用溶劑中具有良好的溶解性，導致在旋涂鈣鈦礦薄膜時極有可能會破壞底層的功能材料，無法發揮良好鈍化作用的問題。

2、一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池，從底到上包括導電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和金屬背電極。所述電子傳輸層與鈣鈦礦光吸收層之間設置有界面修飾層，所述界面修飾層為乙硫氨酸，厚度為5~10nm。

3、作為優選，所述電子傳輸層為sno2，厚度為20~30?nm。

4、作為優選，所述鈣鈦礦光吸收層的組分為fa（1-x）maxpbi3，其中x為0~0.1，厚度為600~800nm。

5、一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，具體步驟如下：

6、步驟1、將蝕刻好的導電玻璃依次使用去離子水、丙酮和乙醇超聲清洗，然后烘干備用。

7、步驟2、對步驟1得到的導電玻璃進行等離子處理，然后在其表面旋涂一層sno2薄膜。

8、作為優選，使用去離子水對sno2分散液進行稀釋，去離子水與sno2分散液的體積比為3：1。然后旋涂在等離子處理后的導電玻璃表面，形成厚度為20~30?nm?的sno2薄膜。

9、步驟3、使用去離子水作為溶劑，配制濃度為0.5~2.0?mg/ml的乙硫氨酸（dleo）水溶液。將dleo水溶液通過旋涂的方式沉積到sno2薄膜表面，然后進行退火處理，在sno2表面形成厚度為5~10?nm的界面修飾層。

10、作為優選，所述退火溫度為100℃，環境濕度為30%~40%。

11、步驟4、采用兩步法制備鈣鈦礦薄膜，將碘化鉛前驅體溶液和銨鹽溶液沉積到步驟3制備的界面修飾層表面，退火處理后得到均勻生長的鈣鈦礦薄膜。

12、作為優選，所述碘化鉛前驅體溶液和銨鹽溶液通過旋涂、刮涂或狹縫涂布的方式沉積到界面修飾層表面。

13、作為優選，所述退火溫度為150℃，環境濕度為30%~40%。

14、步驟5、在步驟4所得的鈣鈦礦薄膜表面沉積空穴傳輸層。

15、作為優選，在鈣鈦礦薄膜表面以3000~5000rpm/s的速度旋涂spiro-ometad，沉積得到空穴傳輸層。

16、步驟6、在空穴傳輸層表面通過熱蒸鍍的方法沉積金屬背電極，得到dleo修飾后的鈣鈦礦太陽能電池。

17、作為優選，所述金屬背電極為ag、au、cu中的一種。

18、本發明具有以下有益效果：

19、利用dleo作為界面修飾層，調控sno2表面，可以有效地鈍化sno2表面存在的氧空位缺陷。同時，由于dleo分子上的硫基、氨基和羧基作用，可以在sno2和鈣鈦礦之間形成一層有效的化學橋，調控鈣鈦礦薄膜結晶動力學過程和優化鈣鈦礦底界面能級匹配。兩者的協同作用提供了實現簡便且可重復制備高質量、高穩定性的鈣鈦礦薄膜和增強其光伏器件穩定性的方法。

技術特征：

1.一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池，從底到上包括導電玻璃、電子傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和金屬背電極，所述電子傳輸層與鈣鈦礦光吸收層之間設置有界面修飾層，其特征在于：所述界面修飾層為乙硫氨酸，厚度為5~10nm。

2.如權利要求1所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池，其特征在于：所述電子傳輸層為sno2，厚度為20~30?nm。

3.如權利要求1所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池，其特征在于：所述鈣鈦礦光吸收層的組分為fa（1-x）maxpbi3，其中x為0~0.1，厚度為600~800nm。

4.一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，在導電玻璃表面依次制備sno2薄膜、界面修飾層、鈣鈦礦薄膜、空穴傳輸層和金屬背電極，其特征在于：所述界面修飾層通過在sno2薄膜表面旋涂0.5~2.0?mg/ml的乙硫氨酸水溶液后進行退火處理得到。

5.如權利要求4所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于：具體步驟如下：

6.如權利要求5所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于：使用去離子水對sno2分散液進行稀釋，去離子水與sno2分散液的體積比為3：1；然后旋涂在等離子處理后的導電玻璃表面，形成厚度為20~30?nm?的sno2薄膜。

7.如權利要求5所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于：在步驟3設置退火溫度為100℃，在步驟4中設置退火溫度為150℃，環境濕度均為30%~40%。

8.如權利要求5所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于：所述碘化鉛前驅體溶液和銨鹽溶液通過旋涂、刮涂或狹縫涂布的方式沉積到界面修飾層表面。

9.如權利要求5所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于：在鈣鈦礦薄膜表面以3000~5000rpm/s的速度旋涂spiro-ometad，沉積得到空穴傳輸層。

10.如權利要求5所述一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于：所述金屬背電極為ag、au、cu中的一種。

技術總結
本發明公開了一種基于乙硫氨酸的鈣鈦礦電池及其制備方法，屬于半導體技術領域。所述鈣鈦礦電池從底到上包括導電玻璃、電子傳輸層、界面修飾層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和金屬背電極。所述界面修飾層為乙硫氨酸，厚度為5~10nm。所述制備方法通過在電子傳輸層表面旋涂DLEO水溶液，退火后得到表面更平整、缺陷態密度低的SnO<subgt;2</subgt;薄膜，隨后在乙硫氨酸薄膜表面繼續旋涂鈣鈦礦前驅體溶液，所制備的鈣鈦礦薄膜晶體尺寸增大、晶界減少、深能級缺陷態密度降低，有效地抑制了非輻射復合損失。引入DLEO作為界面修飾層有效優化了SnO<subgt;2</subgt;和鈣鈦礦之間的能級，有利于載流子的提取和傳輸，使得制備的鈣鈦礦電池的效率和穩定性得到同步提升。

技術研發人員：周勤,楊高元,嚴文生
受保護的技術使用者：杭州電子科技大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/24